毕士博接信后，立即回华盛顿向他的上司——弗利尔艺术馆馆长洛奇汇报，并将李济赞扬一番，终于达成一致意见。不久，李济收到毕士博的回信，称：“我们可以答应你一件事，那就是我们决不会让一个爱国的人，做他所不愿做的事”。[45]李济对这个答复很满意，于是辞去南开大学教职，于1925年初，加入毕士博等人的行列。李济所提的两个合作条件，开创了“既维护主权，又公平合作”，利用外资搞科研的先河，直接的收益不仅为后来著名的“殷墟第二、三次发掘的资金问题的解决”打下了基础，更重要的是，为后来中国学者与外国学者的国际性合作树立了坚实稳定的坐标。
李济加入毕士博考古工作队不久，清华国学研究院招聘天下一流人才的行动开启，作为筹备处顾问的丁文江建议李济去研究院，一边任教一边做研究工作，并把情况介绍给老朋友梁启超。梁启超深以为然，二人共同出面向清华校长曹云祥推荐，曹一听李是哈佛博士，且正与美国人合作田野考古发掘项目，当场表示这样的人才实在难得，赶快请进清华园。于是，时年29岁的李济，以讲师的身份出任国学研究院导师。
1925年6月15日，清华校长曹云祥正式宣布国学研究院教职员名单：
教授：王国维、梁启超、赵元任、陈寅恪；
讲师：李济；
助教：陆维钊（同年9月辞职，由赵万里接任）、梁廷灿、章明煌；
主任：吴宓；
事务员：卫士生；助理员：周光午。
如此精简干练的教职员阵营，颇为校内外同仁称赞，向来以木讷寡言著称的王国维更感欣喜，认[qishu.cc 电子书]为此举正合他早年关于治校之论述：“一校之中实行教授之人多，而名为管理之人少，则一校之成绩必可观矣！”[46]可惜的是，王氏此言，在日后的清华与全国教育界被视为蹩履和歪理邪说被无情地扔到垃圾堆中，代之而起的是一个庞大的官僚体制和管理队伍控制的大学，其办学成绩自可想见。
从清华国学研究院整个聘任过程中可以看到，由于当时中国学术界人数，特别是有名望的“海龟”不可多得，学者间的相互推荐和学者出身的校方负责人之认同，发挥了交叠影响和作用。就整个导师队伍论，此时的李济虽有大师的身价，并且是研究院的五位导师之一，但后世士林却没有把他与王、梁、陈、赵“四大导师”并列而成为“五大”，究其原因，表面上看是他没有前“四大”的教授头衔，其实内中还有更多复杂的原因与详情，而这些详情随着岁月的流逝逐渐模糊淡远，成为后来剪不断，理还乱的一桩历史公案。[47]
◎梁启超与李济的友谊
李济以大师的身价、讲师的头衔做了清华国学研究院导师，担任的课程先后有普通人类学、人体测量学、古器物学、考古学等，其间还主持了一个考古学陈列室并兼任历史系教授。令人稍感遗憾的是，在清华任教期间，李济重点指导的研究生只有一个半。一个是后来中国龙山文化和南诏文化的发现者、著名考古学家吴金鼎；另半个是后来成为著名古文字学家的徐中舒。因徐氏主要从王国维研读古文字学与殷周民族史，故在李济的名下只能算半个。
在清华的日子，李济与各位教授关系融洽，但走得最近的则是比自己大23岁的梁启超，不仅缘于梁对李进清华有推荐保举之恩，主要是二人对待近现代田野考古这门新兴学科具有相同的眼光和热情。梁启超是最早介绍西方考古学理论、方法，并系统总结中国传统金石学成果，极富远见卓识的史学大师，也是一位非常重视遗址搜寻和田野发掘的热心倡导者。此时的梁启超正担任着中国考古学会会长。而李济则是一位血气方刚，朝气蓬勃，满身透着西方文明浸染的富有科学知识与理念的青年才俊，用他自己的话说，像“刚出笼的包子”，热气腾腾，许多想法与梁启超一拍即合，二人遂成亦师亦友的莫逆之交。由于梁、李都极为重视田野考古发掘所取得的第一手材料，李济进入研究院后，在梁启超的鼓动和弗利尔艺术馆毕士博支持下，即着手让考古人类学这门新兴学问突破厚重的清华园围墙，把教研课堂搬到田野中间，放开手脚做一番实实在在的现代学术事业。于是，便有了李济在中国考古史上具有里程碑性质和决定未来田野考古学这门学问路径走向的山西考古之旅。
1926年2月5日，李济与地质学家——曾随瑞典著名学者安特生发掘闻名于世的仰韶文化的袁复礼同赴山西，沿汾河流域到晋南作考古调查。[48]其间发现了几处新石器时代的彩陶遗址，取得了一些标本。在初步确定几个可供发掘地点后，二人于3月底返回清华园。同年10月，由李济直接协调洽谈，清华校长曹云祥出面，清华国学研究院和美国弗利尔艺术馆共同组织，并由对方出大部分经费，李济、袁复礼主持的山西夏县西阴村田野考古发掘协议达成。按照协议规定，发掘古物永久留在中国，论文用中英文撰写并在中美两国学术刊物上发表。[49]——这是中国人自己主持的第一次正式的近代科学考古发掘尝试，也是李济在清华任教的几年间做成的唯一一次田野考古发掘事业。对于这次发掘的意义和评价，许多年后，李济的学生、哈佛大学人类学系主任、著名考古学家张光直曾言：“这第一个中外考古合作计划所采取的立场是明确的：学术是天下之公器，中外合作是可以的，而且在当时条件下还是必需的，但古物是公有的，而且是国有的。李济先生的国际地位与国际眼光并没有使他在爱国、在维护国家权益上作任何的让步。这种眼光远大的爱国精神是李济先生一生从事学问从事事业的特色。”[50]此次发掘，由于其在中国考古史上具有开创性意义与奠基性地位而载入史册。
梁启超对于此项中外合作发掘事宜极感兴趣，主动给予大力关怀与支持，李济后来曾深情地回忆道：“梁启超教授是非常热心于田野考古的人，他主动地把我推荐给山西省模范省长阎锡山。”[51]因有了阎老西政府的撑腰和关照，使得这次考古发掘非常顺利。
当此之时，梁启超的次子梁思永正在大洋彼岸美国哈佛大学就读，主攻考古人类学专业。这一专业的选择来自于梁启超的精心策划与安排。具有博大学术眼光和强烈民族责任感的梁任公，眼望世界范围的考古学迅猛发展，而号称有五千年文明史的中国境内，从事考古工作的人都是以各种名义来华的外国学者，如瑞典人安特生（J.G.Andersson）、加拿大人步达生（Davidson
Black）、德国人魏敦瑞（J.F.Weidereich）、法国人德日进（Pierre
.Teilhardde.Chardin）、日本人鸟居龙藏、水野清一等等。对这种现状颇为不满和不服气的梁启超，很希望有中国人自己出面做这一工作，认为“以中国地方这样大，历史这样久，蕴藏的古物这样丰富，努力往下作去，一定能于全世界的考古学上占有极高的位置”。[52]
正是有了这样一种眼光和信心，决心以学术薪火传家立业的“饮冰室主人”，才让长子梁思成赴美国学习建筑，次子梁思永学习考古。这一安排，皆是为了让当时不受中国学术界重视的冷僻专业，能够在中国大地上生根、发芽、成长、壮大，“为中华民族在这一专业学问领域争一世界性名誉。”他在致子女的信中说：“思成和思永同走一条路，将来互得联络观摩之益，真是最好没有了。”[53]后来的事实证明，梁启超的目的达到了，梁思成与梁思永学成归国后，分别成为自己专业学科中领一代风骚的宗师，只是天不假年，梁启超没能亲眼看到这一天的到来。
1926年12月10日，梁启超在写给次子梁思永的家信中，多次提到李济的田野考古发掘：“李济之现在山西乡下（非陕西）正采掘得兴高采烈，我已经写信给他，告诉以你的志愿及条件，大约十日内可有回信。我想他们没有不愿意的，只要能派作实在职务，得有实习机会，盘费、食住费等等都算不了什么大问题。”[54]此前，梁思永在美国学习期间，曾参加了印第安人遗址的发掘，他写信给父亲梁启超，表示想回国实习并搜集一些中国田野考古资料。为此，梁启超向这位远在异国他乡的儿子提供了有关统计资料，还为其回国后的实习机会和条件作了精心安排。从信中可以看出，梁思永一旦回国，则可跟随李济到田野去一试身手。
李济和袁复礼在山西工作了两个多月，直到12月30日方结束。此次发掘收获颇丰，共采集了七十六箱出土器物，分装九大车，于次年元月初，历尽数次艰险磨难和几个昼夜的风餐露宿，总算把古物安全无损地押运到清华国学研究院。山西夏县西阴村遗址的成功发掘，揭开了中国现代考古学的序幕，标志着现代考古技术在远东这块古老大地上作出了突破性示范。作为人类学家的李济也由这次发掘而正式转到了考古学领域探索与实践中，从而奠定了其在中国现代考古学发展史上开一代先河的大师地位。
1927年1月10日，清华国学研究院欢迎李济、袁复礼二人山西考古发掘成果的茶话会在众人期待中召开。继张彭春之后出任清华大学教务长兼理国学研究院事务的梅贻琦、国学院导师王国维、梁启超、陈寅恪、赵元任及全体助教、研究生出席了会议。[55]李济首先介绍发掘西阴村遗址的情况，选择这个遗址是因为《史记》上记载：“尧都平阳，舜都蒲坂，禹都安邑”，这些行政名城都在今天的山西省南部。又说这次发掘不是乱挖的，而是严格地一层一层挖下去。袁复礼插话补充说：“我同李先生从某地寻找到某地，我敢于同他赌咒：如果能在这里找到新石器文化遗址的话，我决不相信。后来到了西阴村，真的找到了，我就认输。我们用的‘刮地皮’（的方法），一层层刮……”[56]当时骂军阀搜刮民财称“刮地皮”，袁复礼把这个名词移到考古发掘的方法上，颇为形象生动，师生们听罢不禁开怀大笑。
西阴村遗址的出土物大多是残破的陶片，因知识与眼界所限，研究生们看罢有点不知所云，当一个半腐的、经过人工切割的小小蚕茧现身时，大家的兴趣才一下子提了上来。只见：
助教王庸端着一盒子遗物上来，其中有被割裂过的半个蚕茧。同学都伸长了脖子看。有人说我不相信年代那么久还是这样白（实际是用棉衬着）；有人说既然是新石器时期的遗物，究竟用什么工具割它？静安先生说，那时候未始没有金属工具。（他）同时提到加拿大人明义士的话说：“牛骨、龟骨是用耗子牙齿刻的。”李老师拿出一块仿佛石英一样的石片，说这种石头是可以刻[割]的……。[57]
呈丝状的半个茧壳，显然是用锐器切割过，用显微镜考察，割的部位平直，茧壳仍旧发光，与西阴村现在的蚕茧比较，比那最小的还要小一点。展览中，李济特别强调：“这茧埋藏的位置差不多在坑的底下。它不会是后来的侵入，因为那一方的土色没有受扰的痕迹；也不会是野虫偶尔吐的，因为它是经过人工的割裂。”而这半个经锐器切割的蚕茧，当是一种“文化的遗留……这个发现替我们辟了一条关于在中国北部史前研究的新途径。中国有历史就有关于蚕业的记载，它是中国文化的一个指数，较之安特生所说的陶鼎与陶鬲尤为可靠。”[58]