1929年邓稼先5岁时开始上学，先在武定侯小学，四年级时改上四存小学。学校不算好，但都为的是离家近，远了妈妈不放心。1935年，他考入志成中学念了一年书，到初二又转到崇德中学。崇德是一所教会学校，注重英文。邓稼先的英文童年时就得益于父亲的教导，入了崇德之后可以说是百尺竿头更进一步。在数学、物理方面，又得到比他高两班的同学杨振宁的帮助。这就引起了他对理科的兴趣，尤其喜欢数学。父亲为此专请了师大附中的李老师到家里来给他补课，给他一个在数学上起跳的机会，看看能不能拔尖。一个时期，邓稼先对数学着了迷，每天晚上做题做到深夜。第二天早晨，他的数学习题草稿纸横七竖八地飞满一地，总是由细心的母亲一张一张地替他捡起来，整理好。
中学时代的邓稼先照样喜欢玩耍，但已经不是一个顽童。他开始读鲁迅的书，读更多的外国小说。尽管年纪不大，他对书中一些做人的道理已经有了自己的理解。他对警句有了选择，他常常对弟弟邓槜先说：“屠格涅夫的《罗婷》里有一句话说‘不要做言语的巨人，行动的矮子’，这句话说得真好。”当时不大明白这意思的弟弟，在花甲之年仍然记得哥哥说这话时的情景。邓稼先的思想开始走向成熟。就在邓稼先的人生观刚刚萌芽，对人生和社会开始有自己的认识的时候，碰上了1937年震惊中外的“七七”事变。日寇的入侵打乱了他平静的读书生活，强烈的民族屈辱感刺伤了他少年纯洁的心灵。这以后，除读书之外，他开始和一些同学聚会，谈论国家的命运和前途。
1937年以后日军统治下的北平，中国百姓受尽了屈辱。日本军部规定，凡是中国老百姓从日本哨兵面前走过，都要向其鞠躬行礼。如果这样做，中国人的民族尊严不就被一扫而光了吗？血气方刚的邓稼先，对此怒火满腔。他宁肯绕道走很多冤枉路，也不去干这种事情。他有自己的人格，而人的尊严绝不能让别人任意玷污。从此以后，年轻的邓稼先在两条道路上迅跑，一方面仇恨日寇，热爱中华，关心社会；另一方面认真读书，刻苦用功，成绩在班上名列前茅。总之，他已由一个不懂事的顽童，变成一个有抱负的青年人了。
邓稼先时常去旧书摊，寻找那些被伪官方禁读的书籍。在那种思想禁锢得使人气闷的环境里，得到这些进步的书籍犹如获得了一扇可以打开的窗户，他能从这里吸到充足的氧气。平时他到旧书摊转得很勤，以至有的小书摊主每当看见这位穿着长袍的瘦高个子青年似乎是漫不经心地向这边走过来时，便赶紧把藏在下面的书准备好。邓稼先会在摊前装模作样地随手翻书，书摊的主人便轻声说：“小兄弟，今天有你的书。”他会向摊主挤挤眼，满意地微笑。这位精神饥渴的少年好似又得到了一袋粮食。
读中学时的邓稼先，学习成绩提高很快，一半是因为他已经长大，开始懂事；另一面也是因为他生活在那种沉重的民族压迫的环境里，觉得要救我们这个国家，必须有知识、有本领。这也许在当时他的脑海里是一种比较朦胧的意识，但它毕竟存在。邓稼先读到高中一年级就已经能看外文小说，尽管还有些吃力，但他非常高兴。他读的书籍越多，思想就越活跃，常常去思考人生和社会问题。他和一群思想激进的同学一起聚会，议论天下大事，相互影响，彼此激励，他们的思想越发成熟。对于他们，环境窒息所带来的苦闷几乎到了忍无可忍的地步。
邓以蛰教授自然对此看得很清楚，他为孩子有这样的思想和骨气而感到欣慰，但也有一种担心。母亲虽然谈不上有多大学问，可是心也很灵巧，见到邓稼先和一些同学来来去去聚会，她凭直觉就感到会出什么事似的，整天心里嘀嘀咕咕的。她信佛，在烧香的时候，不免暗中祈祷，盼着家里平安无事。
可是，父母担心的事终于发生了。那时候，日军每占领我国一个城市，总要逼着市民和学生开会游行庆祝他们的胜利。这是最激怒中国老百姓的时候。我们的城市沦陷了，还要我们去庆祝，这犹如我们挨了打，还要我们去向打人的人道谢一样。对此，人们敢怒而不敢言，而民族仇恨总是因此与日俱增。有一次又开这样的会了，在会后，邓稼先胸中的一腔仇恨怒火般升腾，他三把两把就把手里的纸旗扯碎，还不解气，他又把撕碎的旗子扔在地上狠狠地踩了一脚。狗腿子发现有人扔小旗子，学生们立时一哄而散，坏蛋没能看清谁扔的。这时邓稼先已重新回到志成中学念高三，因为崇德在他念完高中二年级时停办了。
事情终于被人向志成中学校长提了出来。校长敷衍说：“我们学校的学生决不会干这样的事。”就这样把事情搪塞过去了。校长是邓教授的朋友，后来他知道是邓稼先干的，便来到了北沟沿邓宅。校长说：“邓先生，邓稼先的事早晚会被人密报的，这样下去怕是太危险了，想个办法赶快让他走吧！”形势到了这一步，已经没有别的办法可想，家里只好让大姐邓仲先带着稼先到大后方昆明去。那里有南迁的北大、清华、南开合成的大学和许多老朋友。从北京到昆明，千里迢迢，而且还要绕道异国他乡，父母当然是十分犹豫的。但是这时候邓仲先已经大学毕业，人又很能干，加上有另外两位教授的太太和孩子同行，事情就这样决定了。
邓稼先很重感情。大凡是天真、纯粹的人，几乎都是重感情的。当邓稼先真的要逃离这个使人窒息的牢笼时，在他的兴奋中，隐存着依依惜别之情。他舍不得父亲和母亲，舍不得三姐茂先和毛弟槜先，他又非常舍不得这块将他哺育成人的故园——古老的北平。在临离开北平前两天的晚上，他非要骑自行车驮着10岁的弟弟槜先出去玩玩。其实，这是邓稼先在向北平告别。他们绕过东四牌楼、景山、故宫、北海、西四……景山上没有灯，借着月光他能看见煤山的身影。他在故宫紧闭的大门前，突然感到了故宫建筑的雄伟气势。他有些奇怪怎么过去没有注意到呢？在恋恋不舍中他强烈地感到了北平诱人的魅力。有许多的美，似乎在此时才发现它。一路上，稼先心潮起伏，有时难以自持。但和他在一起的10岁小弟，还体会不了大哥的心情，竟然几次伏在自行车上睡着了。
行期到了，这是难熬的时刻。一家六口人，心里各是各的滋味。晚饭很丰盛，但谁都吃得不多。父母亲对姐弟二人有许多叮嘱，到后来那些话都忘记了，只有一句话邓稼先是记得牢牢的。父亲坐在一把老式木椅子上，以从未有过的眼光看着稼先，似乎心里有什么特别的事，一时说不出来。邓稼先经不住这种情感的撞击，他缓缓地把目光移到了墙上挂的《完白山人放鹤图》上。一会儿，邓以蛰先生终于开口了，语调很平和、坚决。他说：“稼儿，以后你一定要学科学，不要像我这样，不要学文。学科学对国家有用。”父亲是凭着个人的生活经验，表达了自己的爱国愿望。他也并不是什么“科学救国论者”。但这几句普通的话，是和邓稼先心中的潜在意识相合拍的，所以，他一下子就印在脑子里了。
母亲和大姐、三姐在屋里哭泣，搅人心碎的哭泣声一阵阵传了过来。邓稼先和小弟站在院子门口，他在最使人动感情的时候反而很冷静。他深沉地对槜先说：“毛弟，现在我只有仇恨，没有眼泪。”这是一位16岁的少年在离家前留给弟弟的话，它充满了对民族压迫的反抗之情，掷地有声。年轻的邓稼先，已经被环境逼得早熟，成为一名爱国主义者，而这将作为一条主线决定他一生的道路。
在1940年的春末夏初，他们姐弟二人随汤、熊两位教授的夫人和孩子乘船南下，第一站是上海。邓家姐弟住在父亲的老朋友胡适家里，当时胡先生不在家，胡伯母也是安徽人，对他们十分热情，关照备至。不久，他们又结伴乘船南行经香港到越南海防。
当时香港是英国管辖下的殖民地城市。这里有很多新奇的东西是邓稼先从来没有见过的。两层高的公共汽车像楼房一样，到站稍停让乘客迅速上下。环境的变化能够开阔视野、活跃思想，这是他在大学回忆这一段生活时才理解到的。他在香港还看到衣衫褴褛的背米劳工，扛着很大的麻包，吃力地蹬踩着跳板上船。而他们自己只能用碎米煮饭，也没有什么菜吃。
一天傍晚，大姐带他到码头上闲逛，又遇到一些劳工在吃饭。稼先伏在一排栏杆上，痴痴地看着眼前的这一切。他待了很久很久，其实他已经走神了。他在想，为什么洋轮上的人那么富有，而这些苦力如此穷困。
他们的船在香港靠码头卸货四天之后，又向南开到了越南海防，这里是法国的殖民地。海防街道两旁的商店有很宽的廊子，这是上层楼房延伸出来形成的，多雨的南国为了顾客的方便大都这样做。海防街面上虽有很多商店，但橱窗里和货架上商品很少。海防过境处的检查站口，立着耀武扬威的法国警察。过境时，法警随便拿走客人的财物，越南人备受欺压。前边一位老年妇女的一只暖水壶被扣下了。老人穿着破旧的湘云纱上衣，灰色的裤子，身边带了一个小女孩，脸上显现说不出的委屈。她用邓稼先听不懂的越南话连比带划说着，似乎是在求情。警察横眉瞪眼一手将她推搡过去，继续他的检查。这种细节，很快地触发了邓稼先的联想：北平、香港、海防这些被别人强占了的地方，怎么到处是些蛮横不讲理的事呢？经过海防，再到河内，走通往老街的那条路，再进入中国国境，终于到了昆明，这已是1940年盛夏。昆明也有很多好中学。但临离开北平时父亲说过：“去了要上九中，老四管得严。”老四就是邓稼先的四叔邓季宣，法国留学生，当时在四川江津国立第九中学任校长。大姐遵照父命，到昆明后不久，就把邓稼先送到四川江津。他插班入高三，于1941年7月在国立九中高中毕业。在1940年抗日战争时期，国立江津九中除了校本部外，高中和初中部各有三个分校，因陋就简，利用散处在乡间各地的祠堂做校舍，一个泥巴墙茅草顶木门窗的祠堂算是一个分校，分散在六处。邓稼先就在高中一分校，插班读高三，是九中第五届毕业生。
中学毕业后，邓稼先到重庆去考大学。一天，他走在临江的山路上，正遇到日军飞机轰炸。他眼见一颗颗炸弹落到对岸的屋群里，房屋塌作一堆，大火升腾，浓烟滚滚。头顶上呼啸而过的敌机，像是一头头发疯的野兽。地面上没有任何还击或抵抗，任其肆虐。而他和路人都面对大江，将自己的身体紧紧地贴着山石，等待着眼前这场惨祸结束。忽然，一颗炸弹在离他们很近的江面炸开。如果再偏过来一点，他们就都完了。他终于明白，大后方竟是这样的不安全。一个弱国，备受欺凌，是没有平安日子可言的。