1952年下半年，全国高等学校普遍开始了以 “学习苏联先进教育经验”为主要内容的教学改革。这次改革使清华大学发生了深刻变化，改变了英美教育传统，构建起新的高等教育模式和教学体系。 1953年，随着国民经济恢复时期的结束，新中国开始由新民主主义向社会主义过渡，全国的中心任务是社会主义建设，第一个五年计划开始实行。

为顺应这一变革，在大规模的院系调整基本结束以后，清华大学和全国其他高等学校一起开始了教学改革。此次改革以“学习苏联先进教育经验”为主要内容，“是从教育思想、教育方针、教学内容、教学制度到教学方法的全面的系统的改革”。学校曾提出了一个非正式的口号：“三年过河”，即用三年（1952年秋至1955年秋）左右时间，初步掌握培养五年制本科生的各主要教学环节与教学方法，使教学工作基本过关。至1955年底，学校大部分专业在学习苏联高等学校全部教学过程中“过了河”，多科性工业大学的建设取得了长足的发展，也为开拓适应中国国情的高等教育进行了积极的探索。教学改革全面展开学习苏联经验进行教学改革，在当时有其特定含义，是指以苏联高等教育的教学模式为蓝本，建立适合我国社会主义建设时期要求的教学模式。教学改革的主要内容有：进一步明确高等学校的任务及具体培养目标；改变原有系科，重新设置专业；实施教学计划，制定教学计划和教学大纲；采用苏联教材和教学参考书；学习苏联教学法，开展教学研究；加强实践性教学环节；建立基层教学组织；聘请苏联专家讲学等。专业设置上，院系调整前不设专业。院系调整后，根据国家建设需要，按照苏联工科大学教育模式按系设专业，由按系招生改为按专业招生，“这一变化实质上是按学科分类招生改为按工程对象或产品对象招生，是属于根本性的培养目标的变化”。1952年8月，清华设8个系22个专业、15个专修科，1956年暑假后，全校设8个系28个专业。这一转变使人才培养纳入了国家计划的轨道，为经济建设和社会发展输送了急需的人才。然而过分强调专业教育在一定程度上削弱了基础理论，某些专业面过窄。学制也进行了调整。教学改革之初清华学制为4年，而从苏联引进的教学课程和内容是5年制的，学生负担过重。1953年6月，中央文教委员会和高教部批准清华大学延长学制，规定本科修业时间为五年（建筑系建筑学专业学制为六年）。此后直到1958年，清华本科学制为五年，1955年创建的新技术专业学制为五年半。教学计划是学校培养人才和组织教学过程的主要依据。

1952年秋，清华大学按照苏联高等工业学校五年制教学计划制订了各专业教学计划。1953年，在苏联专家指导下又进行了修订。修订后的教学计划加强了基础课，课程体系明确划分为基础理论课、技术基础课和专业课；增加了实践教学环节，确定了讲课、辅导（习题课）、实验、考试考查、课程设计、生产实习、毕业设计等一系列教学环节，建立了新的教学秩序；增设了马克思主义政治理论课程。到1954年，全校21个专业都有了教学计划。课程教学方面，解放前没有划一的大纲，课程讲授内容因人而异。学习苏联后，各门课程都制订了教学大纲并规定基本教学内容，全校课程设置分为四种类型：公共课程、基础理论课程、技术基础课程、专业课程。长期以来，这四类课程构成了清华大学本科教学的课程结构体系。与课程改革配套的措施是借用苏联教材。1952年，高教部统一组织全国高校教材的编译工作。据1954年统计，按五年制教学计划，清华应开课388门，使用中译本教科书及教学参考书155种，俄文版教科书及教学参考书162种，其中只有一门课采用的是自编教材。对于没有教科书和参考书的课程，学校组织编写讲义。1956年起，高等学校教材工作重点由翻译苏联教材转向我国高校自编。为了更好地学习苏联先进经验，国家确定俄文为“第一外语”，1952年清华大学掀起了俄文阅读速成学习的高潮。开始时由一部分教师组织成一个速成工程俄文试验班，接着便是全校学习，效果很好。后来，清华首创的专业俄文阅读速成法被广泛推广，全国各高校掀起了学习俄文的热潮。作为学习苏联先进教学经验的措施之一，清华早在1951年9月便开始设立教研组，1952年又建立专业教研组，并于1953年3月召开第二次教学研究会，讨论教研组建设和制订教研组工作计划。院系调整后，全校设立38个教研组。随着学校发展，教研组数量逐渐增加，1954年全校教研组有46个，1955年达到48个，1956年增至65个。教研组的设立，使教学工作有了可靠的组织落实，形成了教学队伍，展开教学研讨，提高了教学质量和水平。

清华逐步形成了学校、系和教研组的三级管理体制。教学质量显著提高在教学改革的过程中，清华坚持学习苏联先进经验要同中国实际相结合的方针。1953年3月，蒋南翔在全校教师党、团员的讲话中指出：“我们要求学习苏联，不能满足在形式上，不能满足于简单地抄袭，要用思想，要开动脑筋。”8月，他在第五次教学研究会上强调要“正确地学习苏联，稳步前进”，指出 “在学习苏联中，我们特别注意了和本国及本校的实际情况结合，防止冒进，也防止保守”。

学习苏联的同时，还强调要博采众长，注意学习英美，1956年8月30日，蒋南翔与杨述、宋硕联名在《北京日报》发表文章，提出“向苏联先进经验学习，这是我国高等教育的主要方向，但并不是它的唯一内容。我们还要向人民民主国家的先进经验学习，同时也要向英美等资本主义国家学习有用的东西”。实践表明，在学苏过程中，尽管出现了一些偏差、困难和缺点，但总体而言，教学改革获得了明显的效果，建立了新的教学秩序，教学质量显著提高。在三年教学改革的实践中，学校整个教学工作——教学制度、教学内容、教学方法和教学组织——已经作了根本的改革。在教学改革过程中，最具有决定意义的有两点：一是确立了马克思列宁主义在教学工作中的指导地位；二是贯彻执行了理论和实际密切联系的原则。 1956年2月，蒋南翔校长在第十次教学研究会上总结说：“三年来我们学校的教学制度、教学内容和教学方法彻底改革了；我们的教学质量显著地提高了；我们教师的队伍扩大了，水平提高了；全校工作人员的社会主义觉悟提高了……所有这些变化，就使得我们清华大学的面貌焕然一新。”经过这次改革，清华逐步地改造为新型多科性工业大学，为进入新历史阶段的发展奠定了基础。