1931年底，他出任清华校长，可称得上受命于危难之时。自罗家伦于1930年离职（当属被逐）后，清华长时期没有合适的校长人选，连续空缺了11个月，不断易人，反复被逐。国民党政府只好令在任“留美学生监督”的梅贻琦出山。梅贻琦感到荣幸、快慰，但又担心自己不能胜任，虽一再请辞，终未获准，遂赴任。他在《就职演说》中有极为中肯的表白：“（我）又享受过清华留学的利益，则为清华服务，乃是应尽的义务，所以只得勉力去做。但求能够称尽自己的心力，为清华谋相当发展，将来可告无罪于清华足矣。”他借此提出一句关于大学教育的经典名言：“所谓大学者，非谓有大楼之谓也，有大师之谓也。”他是这么说的，也是这么做的。他不拘一格揽人才，被“三破格”的华罗庚即是典型一例。
    盛传梅贻琦时的清华有三难：进校门难、读学分难、出校门难。任何一门课，59.99分的成绩也要重读，没有补考，然而绝对公正。
    梅贻琦曾在日记中表达了自己对政治的立场：“余对政治无深研究，于共产主义亦无大认识。对于校局，则以为应追随蔡孑民先生兼容并包之态度，以克尽学术自由之使命。昔日之所谓新旧，今之所谓左右，其在学校应均予以自由探讨之机会。”
    对于学生，梅贻琦一律采取爱护的态度。抗战暴发前夕，当时的抗日情绪非常激昂。冀察政委会委员长宋哲元的治下派了军队到清华清查，士兵们声明有命令不用枪弹。因此竟被同学缴了械，领队的团长也被扣留，运输车辆亦被掀翻。当晚，竟有一师军力的部队荷枪实弹并附有大刀队进入校园。叶公超回忆，当时他和叶企孙、陈岱孙、冯友兰等聚集在梅贻琦家中商议怎么应付。几乎每个人都说了许多话，惟有梅贻琦静默不发一言。大家都等他说话，足足有两三分钟之久，他还是抽着烟一句话不说，结巴的冯友兰问梅贻琦，“校长你--你你看怎么样？” 梅贻琦还是不说话，叶公超忍不住说，“校长，您是没有意见而不说话，还是在想着而不说话。”
    梅贻琦隔了几秒钟回答：“我在想，现在我们要阻止他们来是不可能的，我们现在只可以想想如何减少他们来了之后的骚动。”结果当时有20名左右的同学被捕，大都是无辜的。
    第二天梅贻琦召集全校同学讲话，以极沉痛而低沉幽默的口气，告诫同学：“青年人做事要有正确的判断和考虑，盲从是可悲的。徒凭血气之勇，是不能担当大任的。尤其做事要有责任心。你们领头的人不听学校的劝告，出了事情可以规避，我做校长的不能退避的。人家逼着要学生住宿的名单，我能不给吗？”停了一下，梅贻琦说：“我只好很抱歉地给他一份去年的名单，我告诉他们可能名字和住处不太准确的。”最后梅贻琦表示：“你们还要逞强称英雄的话，我很难了。不过今后如果你们能信任学校的措施与领导，我当然负责保释所有被捕的同学，维持学术上的独立。”
    西南联大在办学8年的岁月里，没有因政治原因开除过一个师生员工，校中既有闻一多、吴晗等进步人士，也有国民党直属区党部，有三青团直属西南联大分部，此外还有地下党组织，有中国民主同盟的组织。
    1940年9月，梅贻琦的美国母校邀请他参加校庆，并颁他荣誉博士学位，他丢不下艰难竭蹶中的联大，没有前往。他的胸怀是宽广的。为渡危艰，当时清华的教师组织“清华服务社”，通过为社会服务取得一些报酬，以改善教职员生活。梅贻琦将该社所获的利润，让西南联大全体同仁分享，每人多发一个月的酬薪，深得大家的拥戴。
    1948年时局发生变化，是年底梅贻琦与一些名教授被当局接到南京。12月22日国民政府要梅贻琦出任教育部长，梅坚辞。据当时一起同行的张起钧教授回忆，梅贻琦在清华同学会上沉痛地表示：他身为清华校长，把清华弃置“危城”，只身南来，深感惭愧，怎好跑出来做官？这“表现了学人的风格，树立了师德的典范。”“不愧是个‘人物’。”
    身为校长的梅贻琦，对清华的一草一木寄有深情。对“清华基金”，他更视为命根子。1949年后他在美负责管理这笔基金。叶公超每到纽约都去看他，劝他回台，把清华的这笔钱用到台湾。他每次都说：“我一定来，不过我对清华的钱，总要想出更好的用法来我才回去。”因他不愿用这笔钱拿到台湾盖大楼、装潢门面，他想用在科学研究上。因此，台湾有人骂他“守财奴”，他也不在乎。1955年他终于找到“更好的用法”，他到台后，把这笔款子用在筹建清华原子科学研究所和新竹清华大学上。
    晚年的梅贻琦患病住院，无力支付医药费。而在他病桌旁始终有只从不离身的手提包。在梅贻琦去世后，夫人韩咏华打开包一看，竟是清华基金的历年账目，一笔一笔，清清楚楚，在场者无不动容。
    民主治校
    清华前身是一所留美预备学校，颇有名气但无学术地位。著名经济学家陈岱孙回忆，1929年他到清华教书时，清华已经有两年大学班了，那时的清华，报名人并不太多，例如录取150名学生，报名不过400人左右。而梅贻琦任校长，不到10年时间，清华便声名鹊起。
    其实早在1926年，梅贻琦就被清华教授会推举为教务长，时年才37岁。梅贻琦任校长后，奉行“教授治校”原则。清华大学教授会由所有教授、副教授组成，其权限包括：审议改进教学及研究事业以及学风的方案；学生成绩的审核与学位的授予；从教授中推荐各院院长及教务长。教授会由校长召集和主持，但教授会成员也可以自行建议集会。
    至于另外一个机构评议会，是学校最高的立法、决策和审议机构，以校长、教务长、秘书长，各学院院长，以及教授会互选之评议员组成，也相当于教授会的常务机构。评议会的职权包括“议决各学系之设立、废止及变更；审定预算决算，议决教授、讲师与行政部各主任之任免……”
    清华校务始终井井有条。抗战胜利后，清华复归北平，由于日军的严重破坏，图书及一切设备，大部分需要重新购置。有许多带有“清华”字样的卫生设备、书籍等，还要从城内卖破烂摊子上买回。然而由接收到开学，仅仅数月，就初步恢复规模，每位教职员搬入清华园的当天，家具、炉灶及全套的餐具皆一一送达。
    延揽人才
    “对知识分子心态了解之深，当时少有如他的人。”梅贻琦的儿子梅祖彦回忆。梅贻琦在礼聘教师方面，尽了自己最大的努力。
    做教务长时，他实际主持了清华国学研究院的院务。曾亲自到火车站接赵元任先生。他和国学研究院四大导师，即王国维、梁启超、陈寅恪、赵元任，特别是陈寅恪与赵元任，“一直保持着诚挚的友谊”。
    王国维1927年夏在颐和园自杀，也是梅贻琦亲自去园内收殓并料理后事的。
    延揽人才的诚意在华罗庚身上得到极好的体现，华罗庚从一个只有初中学历的人，先做小学教员，后为店员，被破格召进清华大学加以培养；又破格从一位系资料员转升为助教，而且被允许修习大学课程；破格被送到英国剑桥大学去“访问研究”；最后又破格未经讲师、副教授阶段而被聘为教授，上述过程大多是在梅贻琦的亲自过问下实现的。
    清华如此风范，在西南联大期间，依然延续，并无间断。
    西南联大时，主管校务的职能部门首长，无一不是饱学的名士。校委会秘书长杨振声是中国文学教授；前后两届教务长是社会学教授潘光旦。建设长是教育学教授黄钰生，他代表学校与昆明市、昆明县政府打交道征地建房，出色地完成了新校舍的建设。
    昔日西南联大学生，南开大学化学系教授申泮文说，“在校领导班子中绝对没有非教闲杂人等滥竽充数，所以也就没有外行领导内行的问题了。”
    梅贻琦特别鼓励中西学术交流，积极支持教师出国讲学与在国外发表论文。
    他实行休假制度--教授工作一定年限后，就可以休假一年，可赴欧美研究，学校开支一半薪水，还给予往返路费。这个传统在西南联大时结出硕果：西南联大的教师名士如云，共开出1600门课程，且各人学术及兴趣爱好迥异，互为印证。
    冯友兰在西南联大教书，留有长髯，身穿长袍，颇有道家气象。一次他去授课，路遇金岳霖，金岳霖问：“芝生，到什么境界了？”冯答：“到了天地境界了。”两人大笑，擦身而过，各自去上课了。
    学术自由与独立思考在这样的环境里自然蔚然成风，且大大滋养了学生。