十七岁那年，父亲告诉陈衡哲，已替她从高官家庭挑选了一个人品良好的年轻人做丈夫。陈衡哲态度坚决，表示“永远都不结婚”。她看似笃定的执拗、偏激中，更多的还是少年的茫然。在上海学医的经历，让她见过太多不正常的分娩，所以绝不想亲身经历；与此同时，她朦胧意识到，自己既抱有在知识界发展的渴望，就必须保持自由，而周围的已婚女子显然没有人能享受多少自由。

　　抗婚成功了。然而，接下去的日子过得心乱如麻，假如她不能像当时官绅人家的同龄女子那样嫁人，成为士大夫家庭的体面少奶奶，等待她的会是什么？她固然素有抱负，但那是清末，中国还没有女子能上大学，很可能她要为自己的叛逆与另类付出惨痛代价。

　　舅舅庄思缄对陈衡哲一生有至为关键的影响，舅舅给了她新学的启蒙和立身处世的教诲，为她开启了一扇稀有的张望世界的窗户。舅舅强调，世人对待生命的态度有三种：安命、怨命与造命，他相信她是“造命”的材料。然而，那些年南北奔波求学，陈衡哲遭遇诸多不顺。抗婚后，读书深造的机会也无限渺茫，“那两三年中我所受到的苦痛拂逆的经验，使我对于自己发生了极大的怀疑，使我感到奋斗的无用，感到生命的值不得维持下去。”（《陈衡哲早年自传》）时间在苦闷愁烦中流逝，她即将24岁了，“如何实现在文艺方面发展的志向，”却还看不见一丝微弱光线。

　　清末民初是中国亘古难逢的大变局，旧社会瓦解、新格局渐进中的秩序重建，令多少人从此改写命运，更让无数心高气傲却只能绕室彷徨的陈衡哲们有机会投身社会，成为有独立意志与自主能力的新女性。陈衡哲幸运地成为其中的先行者。1914年，清华大学向全国招收留美女生的消息，令陈衡哲充满渴望。她顺利通过考试，成为我国十位获奖学金赴美的第一批女留学生，在美国学习六年，获硕士学位。1914年是陈衡哲的命途由蹇涩走向开阔的转捩点，她的名字前面，此后才会缀有许多值得大书特书的“第一”：中国第一批官派留美女生，中国现代第一位大学女教授，第一位出席国际太平洋学术会议的中国女学者……她的代表作《西洋史》1926年问世后，洛阳纸贵，连续再版。胡适称该书“是中国治西史的学者给中国读者精心著述的第一部西洋史”。

　　留学让陈衡哲改变的，还有早年的独身想法。她欣赏母亲、姑母那类人格、才华出类拔萃的女性，对资质平庸和依附丈夫为荣的女子则有怒其不争的漠然乃至俯视。她自己那么卓尔不群，无疑有不言而喻的文化自豪感。这份自矜、自得固然不妨孤芳自赏，但若是有知音欣赏、承接，乃至爱慕呢，岂不更是锦上添花？陈衡哲福气很好呢，任鸿隽恰到好处地出现了。

　　任鸿隽1912年赴美国，先后在康奈尔大学、哥伦比亚大学获化学学士、硕士学位，1914年与赵元任等发起成立中国科学社，此后一生都致力于推动中国科学事业的发展。1915年，陈衡哲投稿给《留美学生季报》，其“文采斐然”，令主编任鸿隽见而心喜。1916年，陈衡哲、任鸿隽在康奈尔大学相见。任鸿隽《五十自述》回忆：“心仪既久，遂一见如故，爱慕之情与日俱深，四年后乃定终身之约焉。”1920年回国后，他俩结婚。