病中的梁启超写信给欧游度蜜月的新人：“（我）在康复期中最大的快慰是收到你们的信。我真的希望你能经常告诉我你们在旅行中看到些什么（即使是明信片也好），这样我躺在床上也能旅行了。我尤其希望我的新女儿能写信给我。”见字如面，最后一句袒露了老人急切心情，他已四年没见过林徽因。
八月中旬新郎新娘到家，全家大人小孩个个兴高采烈，欢迎林徽因正式加入梁氏家族。院子里像是在过节，梁启超很疼爱的小儿子老白鼻（名Baby，即至今仍健在的航天权威梁思礼）成天挨着新娘二嫂。几年不见，变化了的林徽因并没像梁启超担心那么洋味十足。他告诉大女儿思顺：“新娘子非常大方，又非常亲热，不解作从前旧家庭虚伪的神容，又没有新时髦的讨厌习气，和我们家的孩子像同一个模型铸出来。”一句话，满意的心情溢于言表。
思成回国前梁启超已经思虑儿子的谋职问题。他卖着老脸拜托清华校长，请清华增设建筑图案讲座，让思成任教。校长不便独自做主，需学校评议会投票，想进清华并不容易。他也为儿子考虑过退路，倘若进不了清华，就叫思成暂且到上海大藏画家庞莱臣处，为庞老先生做几个月义务秘书。最坏的打算是思成在家赋闲一二年，为工作作些学问准备。此时沈阳的东北大学正创办建筑系，邀请先已毕业于宾夕法尼亚大学的杨廷宝担任系主任。但杨廷宝已经受聘于某公司，于是推荐还未到家的学弟梁思成取代。清华学堂这边的答复相当勉强，东北大学那边却十分殷切。权衡利弊之后，梁启超来不及征询儿子的意愿，当机立断代思成收下了聘书。在东北大学任教月薪二百六十五元，这是新教师中薪水还最高的一级。
新夫妇在北京行了大婚拜祖礼节，只稍事休息，梁思成就先行赶赴沈阳筹组东北大学建筑系。这是中国大学里的第一个建筑学系，其他少数学校仅有建筑专业。林徽因抽空回福州老家接母亲北上，她出生以来还没有到过福州老家，没有见过祖父老屋门口写上林字的大红灯笼，也没有见过父亲置办在水部高桥巷的日本式平房。在家乡她特意看了父亲创办的福建法政专门学校，为另外两所中学的学生作了讲演，一次讲“建筑与文学”，一次讲“园林建筑艺术”。暑后开学林徽因才和母亲一起到沈阳，这一走再没有能回来，她替林天民叔叔设计的东街文艺剧场是留给故乡的唯一遗迹。如今剧场早已拆除，能看到的是一张林徽因和亲友在法政学校门前的合影。
东北大学刚创建的建筑系全体教员只梁、林夫妇二人，林徽因讲授“雕饰史”和建筑设计，后来又讲“专业英语”。她几乎每晚在课堂上替学生修改绘图作业，每每到夜深回家。那时东北时局很不稳定，社会治安则相当混乱，土匪出入乃是常事。校园处于城郊，土匪们从牧区进城，纵马飞奔经过校园，此时家家户户不敢亮灯，漆黑中弥漫着紧张气氛。林徽因偷看窗外，月光下骏马上的彪悍男子，个个披红色斗篷疾驰而过，在诗人眼里，她竟觉得十分的罗曼蒂克。而夜间工作恰是美国学校建筑系不收女生的原因，林徽因无意中给了母校一个无言的嘲讽。她教过的四十多个学生，其中走出了刘致平、刘鸿典、张鎛、赵正之、陈绎勤这样一群日后建筑界的精英。堂弟林宣也是她的学生，晚年在西安冶金建筑学院担任教授。
沈阳的古建筑不少，尤其多的是清代皇室陵寝。林徽因和梁思成教学之余忙着到处考察，他们留有一张测量北陵的照片。照片里夫妇俩一左一右爬在石兽两侧，正悉心细察这经数百年风雨剥蚀的遗物。原先他们对中国古建筑的了解仅仅是从课堂到书本，真正的实地考察工作是在沈阳起步的。建筑系教员第二年增添了生力军，来了梁思成的老同学陈植，还有童寯和蔡方荫。他们成立了“梁、陈、童、蔡营造事务所”。林徽因虽没有挂名，可凡事总参与其中。她主要是古建筑学家，建筑规划和设计仅为她的副业，建筑设计方面留下的作品并不算多，和梁思成合作设计的“萧何园”，应该是她最初的实践。若论当时林徽因完全独立的设计作品，该算是一枚小小的东北大学校徽。东北大学改组后，张学良亲任校长，公开悬赏征求校歌和校徽。最终选中的校歌是赵元任应征的歌词：“白山高高/黑水滚滚/有此山川之危利/故生民质朴而雄豪/地所产全美/所在相与劳/东邻兮日本/北果骄饶/苟捍卫之不利/宁宰割之……”校徽便选中林徽因设计的图案，它的整体图形是一具盾牌，其间巍峨耸立着白山，横流着滔滔黑水，构思呼应了校歌的内容。为此赵元任得了八百元奖金，林徽因得到的是四百。
梁、夫妇在东北大学的第一个学期结束时，梁启超终于因误割左肾而丢了性命。林徽因循当时习俗，麻衣草履，饮泣料理丧事。事后，她又与丈夫共同为公爹设计了墓碑。墓体、碑体均取材大理石，高二米八，宽一米七，呈中国建筑中的榫头几何形状，与传统的墓碑设计迥异，现代气息浸透其中。中国传统特色的设计则保留在距碑墓不远的小亭，那是家人祭扫时休憩的处所。《新月》杂志组织了悼念梁启超专辑，徐志摩特约林徽因传写《梁启超先生最后╳╳天》特稿，这篇文章后来由梁思成等众多子女具名的《梁任公得病逝世经过》一文所代替，也没有发表在《新月》而是别处。半年后林徽因的第一个孩子诞生，夫妇为女儿取名“再冰”，以纪念离别不久的父亲，梁启超的书房叫“饮冰室”，他的著作叫《饮冰室文集》。
林徽因做了母亲体质虚弱，极不适宜东北寒冷干燥的气候环境，加之感染肺结核病，她不得不停止一切劳作，在一九三零年冬天回到北平医疗静养。徐志摩见到她和梁思成，徐眼中的夫妇俩瘦得像一对猴儿，林徽因脸上骨头都突出来了。第二年梁思成也辞去东北大学教职，他的继任者是东北人童寯。梁林夫妇离开沈阳，除去林徽因健康状况的原因外，还另有一些缘故。日本军国主义侵略中国的野心变得明目张胆，东北形势越来越紧，很难再容纳一张平静的书桌。果然不久发生了“九一八”事变，日本军人关闭了大学。还有，张学良治理学校的军阀作风也使受过欧风美雨熏陶的知识分子们反感，少帅扬言要枪毙那些纷争不已的各派教员。当然，更为直接的原因是北平新建立的营造学社亟待梁林夫妇加盟。沈阳只能是林徽因人生的一个小小驿站，不过，她逗留时间虽不长，却从这里开始，逐步取得了建筑学的辉煌成就。
被迫关闭的东北大学建筑系由童寯主持南迁到上海，当中国第一届本科建筑系学生毕业的时候，梁思成写去三千字长信热烈祝贺。信中他深情地说：这些毕业生将是“国产”建筑师的“始祖”，他们责任重大，前程无量。他代表林徽因，以两个人的名义向学子们道喜，愿他们通过努力，将来能为中国建筑事业开辟一个新的纪元。