航空研究所（1939—1941）
1928年起，国民政府开始建立军事航空力量，在军政部下设立航空署。1930年底，航空署迁杭州。1934年迁南昌，改称航空委员会（简称航委会）。1936年，航空委员会迁往南京，蒋介石兼任委员长，宋美龄任秘书长。1939年，航委会迁至重庆。
“航空委员会航空研究所”是以航空委员会技术所研究室为基础筹建，1939年7月7日在成都支矶街63号成立。航委会副主任、早期著名飞行员黄光锐①兼任所长，中美合营杭州中央飞机制造厂监理、著名飞机设计师王助②任副所长，主管业务工作。
徐舜寿在《自传》里写道：
“1939年5月我在伪航空委员会技术所研究室报到，6月伪航空研究所成立，后改称航空研究院。我即被派入空气动力学组做飞机性能计算的研究。”
航空研究所初建时有研究人员16名，设器材、飞机、气动力三个组。第一组器材组，组长为朱霖；第二组设计组，组长为王助（兼）；第三组空气动力学组，组长为王士倬。
徐舜寿被分配在空气动力学组。他工作勤奋，思维敏捷，业务水平提高很快。在航空研究所工作将近两年，他阅读了几十本英美的航空技术报告，写满了几本笔记。
他与王士倬先生合著《飞机性能捷算法》，发表在航空研究院的《技术丛编》第一号上，并在广西召开的中国工程师学会上获得奖励。
王士倬先生在其《自传》中写道：
“王助对我说，暂时不建造风洞，空气动力学组暂不紧张，让我帮助他搞设计。我和徐舜寿编写了一本书，书名《飞机性能捷算法》，主要参考Rockfeller写的一篇NACA Report；王助要求我把主要数据及计算过程，列成图表，设计飞机者只需把原始数据填入表内指定的格框中，顺序计算，就可得出最高速度、最低速度、爬高升率及航程距离等。王助称它为Sausage machine（注：香肠机、绞肉器）。”
多年后，徐舜寿要求年轻的飞机设计师们把制图作为设计人员的基本功，并引用了自己在航空研究所时的例子。他第一次画零件图，被王士倬先生退了回来，“难道这样的图是大学生画的？”
1940年初，国民党空军规定所有人员都要加入国民党，航空研究所全体人员奉命办理了集体入党手续。在以后很长的一段时间里，徐舜寿认为这是自己历史上的一个污点。
“1940年初，伪空军规定所有人员都要入国民党，我们伪研究所全体人员就奉命集体入党。没有介绍人（如果有介绍人则当是该院木竹组③组长王季冈，王是国民党老党员，庐山训练团、中央训练团受过训，很可能还是特务，1948年底逃往台湾，是当时伪航空工业局人事处处长），没有举行仪式，党证是那一年六七月发的，号码是军干字076541（最后三位数字可能有误）。
加入国民党，这是我历史上一个显著的污点。”
（徐舜寿《自传》）
经两年时间，航空研究所业务发展较快，原研究所建制已不适用。故于1941年8月1日扩充为航空研究院，黄光锐、王助分别担任正、副院长。那时，徐舜寿已经离开研究所，去新疆工作。
赴新疆工作（1941—1942）
1941年春，苏联为帮助中国培训飞行员，在中苏边境的伊宁成立了一个空军教导队，需要人去教授飞行原理。徐舜寿请求调往新疆工作，协助苏联顾问培训中国飞行员。请调报告获准，3月他离开成都，乘坐军用卡车经陕西、甘肃进入新疆。
徐舜寿在《自传》中记述：
“1941年春，我请求调新疆工作。那时候苏联帮助中国训练飞行员抗日，在中苏边疆的伊宁成立了一个空军教导队，需要人去教‘飞行原理’（飞行员用的‘空气动力学’）。我的请求被允许，3月间离成都坐卡车经过陕西、甘肃入新疆。途中看到无数红军运输队正源源不断以军火供给中国，是受到一些感动的。
5月初到达伊宁，以后接触到苏联顾问。有一位教我教授法的上校，工作很热情，人也和善，给我很好的印象。由此，我开始对苏联有兴趣，进而买了一些有关苏联建设的小册子来看（那时新疆有国际书店卖苏联书），对苏联的建设有羡慕之感，发现了计划经济比‘自由竞争’能更快的建设一个新的国家。由于羡慕社会主义国家的建设，因而也看了一些马列主义的书，但一点也没有消化，也一点没有懂。因为在经济地位上、在思想上，我并无革命的要求，因此也不可能认识社会主义和共产主义。关于苏联的经济建设，我仅以单纯的技术的观点，来欣赏一种新的生产制度（计划经济），而并没有把经济和政治联系起来。我甚至还相信过反动派的一些宣传，说苏联在中国也有些侵略行为。”
这个时期与苏联专家的接触，是他50年代钦佩苏联专家、主张在飞机设计方面认真学习苏联经验的思想基础。对苏联的认识，也使他对国民党的一些反面宣传产生了怀疑。
一年多的授课，他曾因课教得好，得到奖励。他以此为荣，增强了自信心。他有一本当时的教学笔记，一直保存到1964年。离开沈阳后，不知失落何处。
在伊宁教书期间，他常给哥哥徐迟写信，描写塞外风光与所见所闻。躺在果树下，伸腿蹬蹬树干，果子便纷纷落地，随手捡起来就吃，非常惬意。他还讲述工作情况、生活情趣与科学知识，让哥哥分享他的生活感受和新疆的风情民俗。徐迟在《我的文学生涯》中，对兄弟情深也有绘声绘色的描写与记述。
编译委员会（1942—1944）
1942年7月，徐舜寿从新疆调回成都。他原想仍回航空研究院工作，但却被派到航空委员会编辑处（后来改为编译委员会）任编辑专员，主要的工作是编译航空工程方面的教材和飞机说明书。他非常用心，善于开拓，根据编译工作中积累的有关航空工程的术语和词汇，编写了一本具有实用价值的《英语航空工程名词字典》，时年25岁。这部字典由国立编译馆在1944年出版发行。1956年，飞机设计室成立时，他带了一本到沈阳，在设计室里用了很长时间。
他在编译委员会工作两年， 1944年5月离开。就在这个时期，他结识了终身伴侣宋蜀碧。
参加赴美学习的考试（1944）
抗战时期，航空委员会确定要建立航空工业。凭借1941年美国国会通过的《租借法案》和1942年6月2日中美签订的《抵抗侵略互助协定》中为中国提供支援的条款，要招聘一批公费留美实习生，出国考试地点设在重庆。为进一步深造，去美国的航空工厂实地考察与学习，徐舜寿报名应考。那时，哥哥徐迟已从香港辗转到了重庆。徐舜寿到达重庆后就住在徐迟家里。同时，三姐徐和从上海来到重庆。姐弟三人天各一方，分别多年，于非常时期，欢聚异乡。
徐迟在回忆中描述道：
“还没有过年的那时，姐姐已经到来的一天，忽然，弟弟从成都飞到重庆来了。他到红球坝来，一身军装，佩戴着上尉的领章。国民党的航空工业局确定要建立航空工业，就招聘公费留美实习生。要在重庆举行考试，他就专门来应考了。
我们已七年没有见面，我们把姐姐也找了来，大家欢聚了几天，同时他温了温功课，又带来了好多本厚厚的洋装书。他当然是能一考就考上了的。而在还没有发榜的期间，他还飞到了印度的拉合尔航校，继续给中国飞行员教授他专长的飞行原理。接着，通知来了，他考上了，他将赴美留学。他回成都去告别了他的还在华西大学外文系上学的未婚妻宋蜀碧。”
（徐迟《我的文学生涯》）
1944年6月，徐舜寿被选调到国民党空军设置在印度拉合尔的军官学校教飞行原理课程。去印度之前，他在徐迟家住了一个多月。9月，在印度的教育工作还没有开始，接到赴美实习录取通知，他再回重庆，办理赴美手续。又在徐迟家住了一个多月。
两次在重庆，前后共三个月时间。那时的重庆，是国民党中央政府的所在地，也是共产党、民主党派与国民党合作与斗争的前沿。中共中央南方局机关、八路军新四军重庆办事处所在地红岩、周恩来的住所曾家岩、《新华日报》报社所在地龙桥虎头岩等，都是民主和民族进步的象征。
他在《自传》中写到1944年的思想变化：
“去印度之前，我先在重庆我哥哥处住了一个多月。那时候，他已转变，对马列主义已经有了一些认识，给了我不少教育，并且由于他的介绍认识了乔冠华、杨刚④、陈家康⑤、夏衍等党内同志。他们时常在新华日报社，或者在朋友家中会面，我也时常参加，听他们的谈话，绝大多数是从来没有听说过的东西。8月，我去印度，见到了一个殖民地国家的典型。9月，在印度的教书工作还没有开始，又被调回重庆，办理去美国工厂实习的手续，又在我哥哥处住了一个多月，仍旧和乔冠华、杨刚等同志经常会面。
这两次在重庆，前后共计三个月的生活，正是蒋介石从河南一直败到贵州的时候，也正是林伯渠同志在国民参政会上提出‘废止国民党专政，成立民主联合政府’的时候，重庆的政治空气是很紧张的。一方面是看到了国民党的贪污腐化、军事失败，另一方面是由于听哥哥和他朋友们的谈话影响，使我相信共产党是有办法的，将来是会成功的。但是，由于我那时的社会地位（将要去美国的留学生），我是不可能会要求进一步了解共产党的本质，也是不可能有更深的政治认识的。因此，我对于中国的看法只限于‘共产党有办法’，相信和国民党比较起来是会成功的。此外，我并为了能有这样的机会早认识一些将来会成功的共产党人而私自庆幸……”
那时，徐迟是一个自由主义的文学工作者，但接近的人大多是进步人士或共产党人，对国民党和共产党的认识比徐舜寿要敏锐和深刻得多。在兄弟之间通信中，徐迟要徐舜寿多注意一些政治问题，甚至说：“多学习一些马列主义”、“掌握阶级斗争的武器”等，这些话促进了徐舜寿对时事和政治的关注。
赴美国学习（1944—1946）
1944年11月，徐舜寿作为中国空军第四批出国实习生离开重庆，途径印度、澳洲、美国西海岸等地，历时月余。与徐舜寿在中大机特班同学、又一道赴美学习的程宝蕖回忆：
“1937—1939年抗日战争初期，在重庆沙坪坝中央大学机械特别研究班里，有一位年轻英俊而谦和的学长给我印象颇深，他就是徐舜寿同志。他20岁毕业于清华大学，22岁毕业于中大机特班，学习成绩一贯优秀。
1944年冬，我们一道赴美进修，途经印度、澳洲、美国西海岸等地，历时月余，他总是主动热心帮助别人，大家对他很有好感。
1945年秋至1946年夏，我和他同住在圣路易市郊区一位医生的公寓里，先在麦克唐纳飞机公司实习飞机设计，后在华盛顿大学研究生院选课进修。他学习非常勤奋，极少外出玩乐。休息时喜欢收听广播中的时事评论和一些比较开明、民主、进步人士的演讲，思想比较解放。”
徐舜寿在《自传》中简单记述了这一段经历：
“1944年11月，我离开重庆经印度、澳洲而到达美国。刚到那边，对美国的物质文明是感到相当耀目的，主要是感到他的实力雄厚，生活水平高。两三个月之后，杨刚同志也到了美国（她当时是大公报驻美国的记者），经过她的介绍，订阅了美共的‘新群众’杂志，在理论上懂得了一些美国的剥削制度，对他们的工会组织和工人运动有了点注意。1945年八一五以后，工厂纷纷停工，工人罢工的运动日益蓬勃起来，这才更清楚地暴露了资本主义国家中的基本矛盾，因而认识到美国在战后一定会向全世界扩张势力。”
在美国期间，徐舜寿开始在维德尔（Videle）公司学习塑料零件的制造技术。半年后，转到麦克唐纳公司学习飞机设计，曾参加FD-1和FD-2飞机的设计工作。后因中国当局与美国谈判引进技术和援建中国航空工业之事告吹，中国空军实习生全部退出各公司待命。徐舜寿为了从理论上得到深造，于1946年3月进入圣路易华盛顿大学研究生院选课进修，专攻力学。
在美期间，徐舜寿如饥似渴地学习技术，并关心时局，经常收听广播中的时事评论，与一些同事谈论政见，针砭时弊。
1946年初，徐舜寿在华盛顿大学研究院进修时，国民党空军曾有意调他去英国培训，但他无法忍受欧、美国家对中国和华人的歧视，加之准备结婚，他请求回国。经上司同意，7月离开美国。
他在《自传》中写道：
“1946年初，我在一个大学研究院读书，伪空军有调我们去英国之举，但为了不愿意在外国继续受气（美国人的人种歧视是相当厉害的，尤其是当中国在战后又发生了内战以后，美国人都以为中国是一个没有办法的国家），想回国看看、并且结婚。所以请求回国，7月底离开，8月底回到上海，前后在美国不到两年。”
回国以后（1946—1947）
1946年8月，徐舜寿从美国回到上海。正值国民党在美国的帮助下，发动大规模内战，向解放区大肆进攻。此时，哥哥全家和三姐已从重庆回到上海，姐弟都住在大姐徐曼珠家。时局紧张，兄弟俩谈得最多的是时局会怎样变化，今后应该选择什么样的道路？
那一段时间里，徐舜寿的思想有了重大转变。
