1932年里，黄汲清受中华教育文化基金会的选派，赴瑞士留学先人伯尔尼大学，后转入浓霞台大学专攻博士学位。他的导师是著名的大地构造学家之—。这位才华横溢的中国靑年科学家此时才得以在欧洲大地熔炼深造。1935年，他的那篇用法文写的对阿尔卑斯地区地质研究的博士论文，在四十多年后国际地科主席只.如过叫教授访华时仍称其至今依然有重要价值。
或许是当年在北洋大学那份从政之心尚未涙灭，或许是在从事地质科学工作十年后，黄汲清更理智地从科学的高度认识到了一个国家的兴衰与能源工业革命之间的密切关系。1935年秋，他以东方人特有的聪明才智获得理学博士后，毅然把自己的科研目标拨向了石油地质领域。为此，黄汲清不惜冒贫困潦倒流落异乡之睑，带着在瑞士省吃俭用留下的几个钱，远涉重洋，抵达美利坚合众国，进行了为期三个月的石油工业与石油地质考察。这是中国科学界第一个也是惟一个由自己掏钱选择当时已在西方工业资本主义国家蓬勃崛起的以石油为主导的工业革命浪潮为研究对象的东方科学家。
美国先进的石油地质科学技术，使黄汲清大开眼界，他像海绵似地汲取着这里的石油地质知识。值得一提的是，由于美国地质学界老前辈舒各特教授的推荐与介绍，黄汲清得以在海湾石油公司、联邦地质调查所和俄克拉荷马城油田等一大批知名石油公司、油田及石油研究机构作全面、详尽的考察、取经与交流。这段经历，使黄汲清领略到了西方石油业的先进水平，同时也深深感到科学无国界在美国这样的先进国度里的真实体现。几十年后，每每谈及此事，大师总对舒各特等美国科学家的无私与坦诚深表敬意。
1936年1月，当黄汲清回到祖国，他供职的那个地质调査所，已在日本侵略军的枪炮声中，从北京搬到了南京珠江路942号，并改称中央地质调査所，所长仍由翁文灝兼任。而黄汲清的另一位恩师、中国地学界第一代开元宗师丁文江大师却在査勘湘潭煤矿途中，不幸煤气中毒，猝然长逝，年仅49岁。
丁文江之死，使中国科学界和政界痛失一颗光芒耀眼的星星。当时的地学界领袖人物翁文灝在痛不欲生之余，更担忧自己与丁文江一手创办起来的地质调査所及中国地质业的前程。在这之前，翁虽名义上仍挂地质调査所所长之职，实际已基本不管事，翁此时已升任为蒋介石的行政院秘书长，所以平时地质调查所的事都由总地质师丁文江负责。丁文江死于1月5日，死前他对地质调査所谁来接任问题曾对好友翁文灝和胡适有交待，丁推荐黄汲清，翁对此也十分赞成。因此黄汲清一回国，已是中央政府高官的翁文願便找他谈话。
“德淦，丁先生突然去了，我在政府里又腾不出身。地质调査所的担子就交给你了！”
年仅32岁的黄汲清一听，忙惊恐地连声推辞：“不可不可，所里有谢家荣、王恒升等一批大才大智者，德淦我年轻才浅，实不敢担此重任。先生还是请别人吧！”
翁文灝语调深重地说：“如今日本人已经侵占我东三省和华北地区，中华民族处于危急之中，但要重振我山河，离不开矿业发展，而在这个当口，丁先生走了，你我自当勇挑重任。再说，这不仅是我的意见，也是丁先生生前的遗愿。他流着泪拿出丁文江给胡适与他的信件。”
黄汲清听到此处，早已泣不成声。
“我……我一定竭尽全力，将先生的未竟事业进行到底！”黄汲清如此发誓。
黄汲清断然没有想到，他的这一誓言，三十年后的一场革命风暴差点把他打入地狱。道理很简单：造反派认为，这是黄汲清效忠国民党政府的铁证。而地质调査所实际上就是国民党蒋介石的情报部门。黄被看中当这个情报部门的头目，不言而喻，肯定对中国人民犯下了滔天罪行。如此三岁小孩也会明白的推断，不打倒你黄汲清还打倒谁嘛！你黄汲清还有什么资格沾发现大庆油田的光？这是后话。
轮到黄汲清出任总地质师和所长时的1937年，翁文灝辞去所长之职，黄正式任所长，此时中央地质调查所已完成北京周口店猿人和焦作、山西大同等一大批矿山资源与考古的重大发现，成为跻身于国际科学界的知名地学研究机构。当时根据日寇侵华、我国民族工业遭受毁灭性打击，外来援助被全面封锁的情况，黄汲清把在本土上寻找矿产资源作为地质调査所的工作重点。
石油无疑是他梦寐以求的奋斗目标。
他回国的第一件事就是检査浙江长兴县的油苗发现。长兴油苗是在1934年一个煤山矿井中发现的。当时有位叫陆贯一的工程师对此进行初略研究后，便在报纸上大吹特吹，说是中国发现了大油田。翁文灝闻讯后，高兴得不得了，调来车辆前去考察，结果差点把命都送了——中途他的轿车撞在树上，造成头部重伤。惊樽好友丁文江忙不迭地在独立评论上写了篇悼念文章——我所知道的翁泳霓翁的字号为泳霓。长兴是否真有油，黄汲清对此极为关心。翁文願与他谈话过后没几日，他便约了盛莘夫、崔克信两位地质学家专程前往。经过几天调查研究，黄汲清他们得出的结论是，这是一个虚假的喜讯。因为像长兴这样的煤炭地层，不可能有大的或较多的石油储藏。
长兴石油虽然扫了国人的兴，但黄汲清对西方人断定的中国贫油之说则更加置疑。他认为中国的许多地质构造，特别是盆地构造，与美国的几个油田十分接近。难道真是西方的月亮也比中国的圆吗？黄汲清不信。