民国十九年（1930），国民政府首任教育部长、蔡元培先生的高足、曾三度代理北大校长的蒋梦麟开始执掌北大，翌年一月正式就职。蒋梦麟先生在胡适、丁文江、傅斯年等人的配合下，对北京大学的行政和教学制度作了很大变更，拟定了北大长期发展计划，明确“教授治学，学生求学，职员治事，校长治校”的基本方针，对学校工作进行了全面整顿。学校设文、理、法三学院，下设14个学系；蒋校长此次革新的重点在于教师的挑选，其基本想法是对教师只看学术上的贡献，以期将最理想的阵容摆在北大，从而使北大面貌焕然一新。实行教授专任制，聘请了一大批知名教授，设置首批“研究教授”，特别是理学院延揽了一大批一流科学家。使北大理科得到较快发展； 制定《国立北京大学组织大纲》，明确办学宗旨为“研究高深学问，养成专门人才，陶融健全品格”。按照美国的大学教育制度，对旧的教学和科学研究制度进行了大刀阔斧的改革：推行学分制，要求毕业生撰写论文并授予学位。改组北大研究院，设文科、理科、法科三个研究所，推进高等教育的正规化。蒋梦麟注重校舍的建设与扩充，将汉花园以北嵩公府的房地全部买下，多方筹集资金，1931年北大与中华教育文化基金会设立合作研究特款。动工兴建新图书馆、地质馆、灰楼学生宿舍等三大建筑，修建了大操场；理科各系设施得到相当的改善，到1935年，北大已建成实验室40多个，实验仪器6716件，标本15788种，药品及实习用具3100多 件，设备条件居于全国高校前列。
　　蒋梦麟掌校期间，正是民族危亡内忧外患之时，而经过亡校风波的北大却在教学与科研水平稳步上升，被誉为“北大中兴时期”。“那个时候，大家自然感觉出一种新的兴奋，那就是打定主意，不顾一切，要努力把这个学校办好，努力给北大打好一个坚实可靠的基础。”从1930年到1937年的七年时间里内，蒋梦麟先生一直把握着北大之舟的航向，竭尽智能，总希望把这个学问之舟平稳度过中日冲突的惊涛骇浪。北大得以平稳前进，仅偶尔调整一下帆篷而已。蒋梦麟这位中国现代杰出的教育家功不可没。
国立西南联合大学
　　民国二十六年（1937）七七事变以后，北平、天津相继沦陷，9月，北京大学奉国民政府令南迁至长沙，与清华大学、天津的私立南开大学组成国立长沙临时大学，1938年临时大学前往昆明，4月2日更名为国立西南联合大学。全校设文、理、法商、工、师范五个学院，26个系，由三校校长蒋梦麟、梅贻琦、张伯苓和秘书主任杨振声组成常务委员会作为全校行政领导机构。民国二十七年（1938）5月4日，西南联大正式上课，次年5月北大研究院在昆明恢复并开始招生，研究生学籍分属三校。西南联大汇聚三校菁华，其阵容在全国首屈一指，可谓大师云集，群星璀璨。极度艰苦的条件下，联大师生和衷共济，弦歌不辍，以刚毅坚卓精神，维系中华教育命脉，坚持教学和科学研究。“千秋耻，终当雪，中兴业，需人杰”，国立西南联合大学为中国培养了一大批杰出的人才，包括诺贝尔奖获得者杨振宁、李政道，两弹一星元勋郭永怀、陈芳允、屠守锷、王希季、邓稼先、朱光亚，以及90位两院院士，北大研究院毕业生中也走出了国家最高科学技术奖得主黄昆、国学大师任继愈等杰出学者。“神京复，还燕碣”，抗日战争胜利以后，联大三校准备复员北归。
　　民国三十五年（1946）5月4日西南联大举行结业典礼，光荣地完成了战时大学的历史使命，创造了中国高等教育史的一个奇迹。
国立北京大学（胡适时期）
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抗日战争胜利后，蒋梦麟先生辞去北大校长改任行政院秘书长，国民政府任命胡适出任校长。到任前委由傅斯年任代理校长。傅斯年先生这位五四运动的健将、蔡元培先生的得意弟子，对北大充满真挚感情，长期以来为北大出谋划策，关怀备至。担任史学系教授，民国二十八年（1939）起还亲自担任久负盛名的北大文科研究所所长。傅先生此来主要处理伪北大的遗留问题及北大的复原。傅斯年代表北大接收日据时期扶植的伪北京大学，日聘教师一律斥退不用。傅斯年以天才般的办事能力和宏大气魄，尽瘁为北大工作，广延教授，增加数倍之校舍。除把北大迁往南方的图书资料和其它设施运回外，还把北大附近的相公府、东厂胡同黎元洪旧居、旧国会大厦数处力争为北大校产。将原来的文、理、法三院扩充为文、理、法、工、农、医六个学院，使北大成为门类齐全的综合性大学。为胡适返国担任校长扫除障碍，奠定基础。
　　民国三十五年（1946）7月胡适先生由美返国，9月正式就任北大校长，致力于北大之全面复兴，“把北大做到最高学府，做成功今日最高的学术研究机关”。是年双十节在国会街北大第四院礼堂隆重举行复校开学典礼。胡适先生以其绝高的威望，延揽名师，可谓济济多士，萃集一堂。聘任汤用彤为文学院长，饶毓泰为理学院长，周炳琳为法学院长，马文昭为医学院长，俞大绂为农学院长，马大猷为工学院长，樊际昌为教务长，陈雪屏为训导长，郑天挺为秘书长，设33个学系(其中医学系下设18科)、两个专修科及独立的文科研究所，学生总数3400多人，恢复了比过去更大的光荣。尤其新组建的工学院，在马大猷先生等人的精心擘画下，呈现出良好的发展势头，先后组建机械、电机、土木、建筑、化工五学系，并已开出航空系课程，短期目标是再建立航空系、矿冶系，达到七个学系的建制规模。这对于未来国家工业化建设何其重要，惜时局变更，惨遭中辍耳，但是为后来北大恢复工学院、建筑学院等保留了火种。民国三十六年（1947）年夏，胡适校长拟提议在北大组建原子能研究中心，并亲自联系钱三强、何泽慧、胡宁、吴健雄、袁家骝、张文裕、张宗燧、吴大猷、马仕俊等九人，“皆已允来北大”，后因时局变化未果。同年8月下旬，提出“十年高等教育发展计划”，集中国家最大力量培植五所成绩最好的大学。民国三十七年（1948）国立中央研究院首次院士选举，北大10位教授入选，位居全国各高校之首。胡适校长为北大殚精竭虑，短短几年之间，原有的文、理、法三学院均得到加强，增设的农、医学院跃居全国顶尖，工学院也具备了相当实力。此时的北京大学学科设置齐备，实力盛极一时。 然而时局突变，民国三十七年（1948）12月15日胡适校长离平南迁，由郑天挺、汤用彤、周炳琳三人主持校务，但表示“我虽在远，决不忘掉北大”。胡适在北大校长任上一心一意致力于把中国的高等教育与大学的现代化建设全力推进到一个可与欧美先进国家接轨的高度。竭力维护教育独立、学术自由和发展高等学问、提高科研水平，为北大及中国的大学教育忘情投入。1962年2月24日，胡适先生在台湾去世，遗体覆盖北京大学校旗下葬，遗嘱“遗留在北京的102箱书籍、手稿、文件，捐赠北京大学”。