1973年，楊振寧來到了中國，這是他第三次回國，前兩次回國，楊振寧和周總理等人談了許多科學方面的論證，每每回想起來，楊振寧都覺得意猶未盡。這一次再來，工作人員特意詢問楊振寧，是否有什麼想見的人，國內可以提前安排。
楊振寧則說：「前兩次我來，一直沒見到毛主席，這次要是能見一面就好了。」話一出口，楊振寧覺得自己很唐突，毛主席哪能是自己說見就見的呢？
一見如故
但是很快楊振寧就得到了答覆，毛主席答應與他見面，這讓楊振寧心裡格外激動，他對毛主席可以說敬佩已久，只是始終沒有見面的機會，他知道毛主席是一個有大智慧的人，因此，楊振寧非常高興能得到這個和主席談話的機會。
其實，1971年楊振寧第一次回國的時候，就很想見見主席，只是由於種種原因沒能見到，楊振寧回國之後，他的老同學鄧稼先給他寫信，先是解答了楊振寧長久的疑惑，那就是中國核武器製造是否有美國專家參與，鄧稼先很肯定地在信中告訴他絕無此事。隨後，鄧稼先又在信中提到了毛主席。
鄧稼先是這樣寫的：「毛主席說：『成千上萬的先烈，為著人民的利益，在我們的前頭英勇地犧牲了，讓我們高舉起他們的旗幟，踏著他們的血跡前進吧！』你談到人生的意義應該明確，我想人生的意義就應該遵照毛主席所說的這句話去做……我願意引用毛主席這句話，與振寧共勉。希望你在國外時能經常想到我們的祖國。」
老同學真摯的語言讓楊振寧備受感動，他更為毛主席這句話動容，同時他也更加好奇，毛主席到底是怎樣一個人？
現在，他終於可以和毛主席面對面進行交談了，在周總理的陪同之下，楊振寧走入了中南海，毛主席已經坐在辦公室里等他，當時毛主席身體不大好，凡是這樣的會面，工作人員都是能推則推。但是毛主席聽說是楊振寧要見自己，堅持要親自接見他，所以才有了這一次見面。
楊振寧進屋之後，周總理給二人做了見面介紹，毛主席笑著對楊振寧說：「我知道你，你在科學上做出來的成績很好啊！」
哲學思辨
楊振寧趕緊說：「您太誇獎我了！」
毛主席還是笑著，又問他：「最近你在研究什麼呢？」
楊振寧對毛主席說：「近期研究的是基本粒子結構。」
毛主席聽到這個回答，頓時興趣倍增，他很認真地問楊振寧：「依你看，質子是否能被分割？」
這個問題楊振寧並不知道答案，因為這是個科學難以證明的問題，所以楊振寧只能老實回答：「眼下還沒有公論。」
毛主席卻對楊振寧提出個新觀點：「莊子講：『一尺之棰，日取其半，萬世不竭』，說的就是物質無限可分的意思，依我看，質子是可以無線分割的。」
說罷這個觀點毛主席又對楊振寧開玩笑說：「如果物質分到某個階段便再也不可分了，那麼科學家也要沒事情做了！」
這番理論讓楊振寧十分佩服，這是他從來沒有想過的角度，哲學和科學，本就是相輔相成，密不可分的，楊振寧不由得對主席表達了自己的欽佩之情。
主席又對他說：「科學，離不開一個矛盾論，矛盾的普遍性存在於特殊性之中，譬如有些人眼裡，『人類』是看不見的，看到姓楊的、姓周的，看到大人、小孩，但是看不見『人』。」
這次談話足足進行了一個半小時，原本計劃的時間沒有那麼長，但是主席和楊振寧越聊越投機，只能不斷把會面的時間延長，到楊振寧要走的時候，兩個人還覺得聊的不盡興。
毛主席對楊振寧說：「我年輕的時候對科學很有興趣，想做個科學家，可惜後來沒能做成。你現在做的自然科學對世界很有貢獻，比我對世界的貢獻更大，我要感謝你。」
毛主席最後問了楊振寧一個問題：「現在很多老百姓祝我萬壽無疆，你說萬壽無疆是科學的嗎？」
楊振寧真誠地對主席說：「這是大家發自肺腑的話，主席，我也要祝您萬壽無疆。」
毛主席哈哈大笑起來，他對楊振寧搖頭說：「你不要講這個話，這是不科學的！」
永生難忘
然後，毛主席堅持站起來，把楊振寧送到門口，他拉住楊振寧的手，回頭對工作人員說：「來，給我們倆照個合影！」
這是楊振寧和毛主席唯一一次見面，這讓他銘記了一生，他為中國有這樣一個領袖感到自豪，雖然他是美籍華裔，但是內心之中，楊振寧始終認同自己的中國血脈。
在獲得諾貝爾獎之後，有記者採訪他的心情，楊振寧說：「假如今天有人問我，你覺得你這一生最重要的貢獻是什麼？我會說，我這一生最重要的貢獻，是改變了中國人自覺不如人的心理作用。」
偉大的科學家可以改變歷史進程，但是和毛主席相比，楊振寧覺得自己依然是渺小的，毛主席無論在思想上還是其他方面都是人類歷史上的一位巨人，世界上只有一個毛主席，他改變了世界。
與毛主席會面之後，楊振寧更加希望能夠為祖國做點什麼，於是他積極地奔走於兩國之間，並籌集資金，援助中國的科技人才培養。
周培源曾經評價：「楊振寧是美籍華裔科學家訪問中國的第一人，也是架設起中美之間科學家友誼和交流橋樑的第一人。光是這方面的貢獻，楊振寧的成就便是無人能及的。」
2003年，楊振寧放棄了美國國籍，重新加入中國國籍，這成為載入史冊的大事件，此時，距離楊振寧和毛主席那次見面過去了三十年，毛主席已經不在了，但是如果他在天有靈，知道楊振寧真正的「回來」，想必他也會發自內心的高興。