抗战胜利之后，清华大学进入了复员时期。面对日军留下的满目疮痍，清华大学师生员工在经费不足、时局动荡的重重艰辛中，力图恢复正常的教学科研工作，并满怀期望在抗战前的基础上为国培育栋梁，肩负时代使命成为“大大学”，因此在办学中进行了扩充院系、研究原子能等探索。
1945年 8月抗战胜利，次年西南联大结束，三校院系随原校复员，自1946年5月起分批北上，清华大学师生于当年8月～10月间全部回到了北平清华园。1946年10月10日清华大学开学时，全校师生教职员工达到3000余人。
北上复员后的清华，校园遭日军占领满目疮痍，家具设备损失达90%以上。图书馆、体育馆、科学馆、生物馆、化学馆、土木馆、电机馆等遭受严重破坏，内部多半已经空无一物。然而各项重建工程需费浩大，教育部拨给的复员修建费远远不敷各项工程和家具设备修理的开支。至1947年3月底止，虽然复员修建费增至33亿元，但是当时的实际支出已经达到了 34亿元。
复员后，经校方的不懈努力，校园面积和建筑逐步增加：学校接收了原日伪土木专科学校校舍及附近土地，用作增设的农学院校舍；在校园以南购地建设教师住宅，即“胜因院”；又新建教职员住宅区，取名“普吉院”；在校园以东购地若干，供工学院新建实验馆舍。到1948年，校园面积扩大到1600多亩，建筑面积增至104935平方米。
复员之后，清华大学的院系得到很大的扩充。虽然此举很难在当时产生理想的结果，但这正是清华办学以国家需求为己任的一个重要体现。
1945年，教育部召集全国教育善后复员会议。会前，清华文学院院长冯友兰曾写文章，要求“把现有的几个有成绩的大学，加以充分地扩充，使之成为一个大大学”。这种“大大学”的职责不只是教育学生，而且是“国家的智囊团”，要负起“时代的使命”。冯友兰的这种想法，也反映了清华领导层的意图。复员之初，梅贻琦校长即表示：“清华不应以恢复旧观为满足，必使其更发扬而广大，俾能负起清华应负之使命。”
这一时期，教育部鉴于清华体育师资设备较好，曾要求清华开办体育系。学校考虑到开设体育系与学校性质不合，又限于经费等条件，未予照办。清华还曾筹划添设艺术系，也因种种原因未能实现。
虽然清华扩大院系的计划在复员之后已经实现，但是经费不足，师资不够，一些“冷僻”的系还因为学生出路成问题而人数极少。在全校26个系中，有8个系全系学生才10人左右，其中农学院全院学生才13人（1947年度），农业化学系才2人。昆虫系、植物病理学系和文学院的语言人类学系，三系都只有学生1人。法律系学生也才6人。有些系成立之初教师也只有一两人。这几个系普遍直到1948年才开出几门本系的课程。
这一时期，清华设立了中文、历史、哲学、外文、社会、经济、政治、数学、物理、化学、生物、地学、气象、心理、土木、机械、电机、航空、化工、建筑、植物病理、植物生理、昆虫等23个研究所，其中多数研究所并未招收研究生。全校研究生仅有30～50人，1947年与1948年两届，仅有5个研究生毕业。
当时中国时局混乱，物价飞涨，不仅学校常常入不敷出，师生连基本的生活保障都难以为继，故进行正常的教学活动和科学研究困难重重。但是，即便是在这种情况下，清华师生仍然坚持尽力做好教学和科研。
复员后，清华大学力图继续坚持过去精益求精、追求卓越的治学精神和文化氛围。梅贻琦威廉希尔williamhill官网校长明确指出，学校“在政策方面，则于计划训练大量威廉希尔williamhill官网青年之外，尤应注意于学术研究之提倡”；学校发展要控制规模，“毋宁多重质而少重量，舍其广而求其深”。
梅贻琦还提出，在恢复硬件设施的同时，一定要注重吸引名师到清华大学任教：“而师资必蔚然可观，则他日诸校友重返故园时，勿徒注视大树又高几许，大楼又添几座，应致其仰慕于吾校大师更多几人。此大学之所以为大学，而吾清华所最应致力者也。”
但是，由于三校分别复员，师资较西南联大时骤然减少，加之一些教师由于种种原因不能按时到校，致使学校能开出的课程相应减少。而且战争使大部分教师长期待在国内，图书资料缺少，导致教师对国际科学技术的发展前沿缺乏了解，讲课思路与内容存在部分局限性。
复员后，一批以清华校友为主的海内外名师到清华任教，在这一关键时期与清华原有师生并肩奋斗，挑起教书育人的“大梁”。由于他们的加入和带动，复员时期的清华开出了一些反映当时科学技术最新成果的课程，如钱三强在物理系开设的“原子核物理学”，段学复在数学系开设的“高等代数”；法学院社会系因为吴景超、费孝通的加入，加上原来的教师，一时颇具声势，开出了“社会变迁”、“人文区位学”、“户籍行政”、“社会分化”等最新课程；机械系因新聘任教师，开出了长期未能开出的机械制造和汽车方面的课程。
复员之后，清华大学全校师生虽然努力恢复正常的教学和科研工作，并力图在原有的基础上有所突破和拓展，但是由于时局所迫，远大的抱负和理想多未能够实现。面对黑暗的社会和动荡的时局，学生积极投入到“反饥饿、反内战、反迫害”的斗争洪流中去，两年间罢课达13次，累计两个月，再也无法安心读书了；教师们面对国民党的内战与饥饿政策，“既痛学府之被残，复感自身之受胁”，无法安心教书与研究，甚至也起而罢教。伴随着人民解放战争的炮声，清华园迎来了人民革命的新高潮。