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1949年1月，天津解放，4月，北洋大學在原校址正式開學復課。
1949年11月起，北洋大學隸屬中央教育部直接領導。此後，北洋大學師生積極配合新中國的高等教育改造，進行了增強教師陣容、課程改革、管理體制改革等一系列改革，初步完成了學校的新民主主義改造。改造後的北洋大學實行校、院、系三級管理，學校設立理學院、工學院，共設有物理、數學、冶金、土木、水利、採礦、機械、化工、航空、紡織、建築工程、地質工程等12個學系，學系下設水利實驗室等14個實驗室，還設有機械實習工廠與紡織實習工廠。同時，北洋大學的科學研究和培養研究生工作，在改造後也取得了充足的發展，設有冶金、土木、採礦、水利、化工等5個工程研究所，成爲當時我國培養研究生的重要基地。
1951年9月22日，北洋大學與河北工學院合併，定名爲天津大學。
在半個多世紀的歷程中，北洋大學爲祖國培養了數千名高級專門人才，成爲政治、經濟、科技、教育等各界的棟樑，爲我國採礦、冶金、石油工業的創建，爲機械、水利、土木工程的開拓，爲紡織、化工、航空、電機技術的發展做出了重大貢獻。著名經濟學家馬寅初、外交家王正廷、數學家秦汾、礦冶學家王寵佑、法學家王寵惠、詩人徐志摩等傑出人才都曾就讀於北洋大學。革命先驅、廣州起義總指揮張太雷烈士也是北洋大學早期畢業生，著名橋樑專家茅以升、法學家趙天麟、教育家張含英等曾任北洋大學校長。機械專家石志仁、化工專家侯德榜等曾在校任教，在大批校友中，有50餘名專家、學者成爲中國科學院、中國工程院院士。
1952年全國高校院系調整之前，天津大學設土木、水利、採礦、紡織、冶金、機械、電機、化工、地質、數學、物理共11個系。
院系調整中，南開大學工學院，津沽大學工學院，清華大學、北京大學、燕京大學、唐山鐵道學院的化學工程系，北京鐵道學院的建築工程系等院系併入天津大學；天津大學數學系、物理系併入南開大學。此後，從天津大學調出的科系還有：抽調地質組組建北京地質學院(今中國地質大學)；抽調冶金系、採礦系金屬礦組組建北京鋼鐵學院(今北京科技大學)；抽調採礦系採石油組併入清華大學；抽調採礦系採煤組至中國礦業學院(今中國礦業大學)；抽調電信系至北京郵電學院(今北京郵電大學)；抽調水利系農田水利及土壤改良專業至武漢水利學院(現已併入武漢大學)；抽調土木工程系測量專業至武漢測繪學院(現已併入武漢大學)；礦冶工程系調唐山成立河北礦冶學院；紡織工程系調出成立河北紡織工學院(今天津工業大學)；化學工程系造紙專業調往天津輕工業學院(今天津科技大學)。1958年又從天津大學抽調力量重新組建河北工學院(今河北工業大學)。
經過全國規模的院系大調整，一方面，天津大學集中了併入院系的優勢，成爲全國重點工科大學；另一方面，從天津大學調出的科系歷史悠久、優勢突出，把北洋大學的優良傳統帶到了祖國各地，爲新中國工業體制的建立與教育事業的發展，做出了重要的貢獻。
調整後，天津大學遷入南開區七裏臺新校址，下設機械工程系、電力工程系、電信工程系、土木建築工程系、化學工程系、紡織工程系、水利工程系7個工科系，20個專業和13個專修科，另設化工研究所和石油工業學校。此後，經過幾年的調整、發展，天津大學已逐步形成爲多科性工業大學格局，並在此基礎上闊步前進，將學校建成了全國規模最大的多科性工業大學之一；1955年天津大學重新招收研究生，着力高層次人才的培養，形成了完整的研究生培養體系，成爲我國重要的高層次工程技術人才培養基地。
1958年8月13日，毛澤東主席視察了天津大學，並就學校工作作出了重要指示：“高等學校應抓住三個東西：一是黨委領導，二是羣衆路線，三是把教育和生產勞動結合起來。”1958年末在北京舉行的“教育與生產勞動相結合展覽會”上，天津大學展出的項目居全國高校之首，受到各方面的重視。1959年，中共中央發出《關於在高等學校中指定一批重點學校的決定》，天津大學被定爲首批16所重點大學之一。在此前後，黨和國家主要領導人周恩來、鄧小平等也先後來校視察工作，對天津大學的工作和已取得的成績給予了肯定和讚揚。
1966年，天津大學設有無線電電子工程、光學與精密儀器、水
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