这一时期，清华坚持“又红又专”,“德、智、体全面发展”的培养目标；积极贯彻“教学、科研、生产"三结合的方针；在教学上坚持“少而精”"因材施教”的原则；提倡理论联系实际的学风，结合实际“真刀真枪”进行毕业设计；提出“健康地为祖国工作五十年”的口号，积极开展文体活动。到20世纪60年代中期，在校本科生和研究生达到万人规模(本科的学制为五年和六年),教学质量大幅度提高。在科学研究方面，也取得重大成果，完成了华北最大的水利工程——密云水库的设计，屏蔽实验原子反应堆的建造，核燃料后处理工艺和我国高校中第一台通用电子数学计算机的研制等重大科研项目，并在参加国徽设计、人民英雄纪念碑设计，以及建国十周年北京十大建筑设计和国防电子学研究中作出了贡献。新中国成立后，清华大学主要培养社会主义经济建设急需的工程技术人才，被誉为"红色工程师摇篮"。
随着教学和科研的发展，清华校园向东扩展，原校园东侧的京张铁路路段向东迁移，并在新扩大的东区建造了教学主楼，工物馆和精密仪器大楼，以及东区学生宿舍和生活配套设施，校园面貌大为改观。清华大学在前进中交织着曲折与教训。“文化大革命”在清华造成极大的动乱，蒋南翔校长和广大干部、教师受到严重迫害，教学、科研和学校各项工作遭到全面破坏。