1937年，抗戰全面爆發。不久，天津失陷，北洋臨時遷入西北，組成西北臨時大學，在抗戰極其惡劣的環境下，北洋默默耕耘，為國家輸入大量急需的人才。1945年8月，抗戰勝利，天津收復。北洋廣大師生和各地校友提出了恢復國立北洋大學的強烈要求。1946年初，教育部正式下令恢復國立北洋大學，著力在天津西沽北洋大學原址復校。此後，泰順北洋工學院、北洋工學院西京分院、西北工學院和北平部(理學院院長陳藎民接受「北平臨大第五分班」，建立北洋大學北平部)四校師生先後返津參加復校。
1945年10月22日北洋大學正式復校開學。復校後的國立北洋大學，在原來工學院的基礎上，增設了理學院，從此北洋大學進入理工結合時期。工學院初下設土木、水利、採礦、冶金、電機、航空、機械、化學工程學系八系，後增設建築工程學系和紡織工程學系;理學院設置與工學院關係密切的物理、化學、數學、地質學四個基礎學科系。復校後，北洋大學以「研究高深學術，培養專門人才」為宗旨，制定了「決不忽視窮究學理，同時注重科學應用，使理工有機結合起來」的教學方針，並積極付諸實施;同時，成立土木、水利、採礦、冶金和化學工程等五個工程研究所，積極開展學術交流與科學研究，並著手招收研究生，以培養高級專業人才和研究人員，被各界譽為「科學建國的堡壘」。歷經戰火的洗禮，北洋依舊保持工科第一的位置。
20世紀50年代，北洋的噩夢來臨：1951年9月22日，北洋大學與河北工學院合併，定名為天津大學。當時校友回憶：「當時對校名問題爭論得很激烈，因為有人說不改名是吞併，改名才是合併，因此「北洋」兩個字是不能用的，於是天津大學就應運而生了。但我覺得把在中國現代文化發展史上佔據重要地位的我國第一所正規國立大學的名字改掉，實在不值，更令人遺憾的是至今未被廣大人士所認識。」