广胜上寺在霍山山巅。他们拾级而上，由山门进入弥陀殿、大雄宝殿、观音殿、地藏殿，最吸引他们的是毗卢殿。这座大殿，是庑殿式，殿内两山施大爬梁，结构奇特，是元代建筑艺术富有成就的实例。山门内是塔院，飞虹耸立其中，塔身琉璃镶嵌，呈八角形，十三级，各层皆有出檐，全身用黄、绿、蓝三彩琉璃瓦披挂。他们沿着塔中翻转的踏道攀登而上，费正清不时发出一声声惊呼。
林徽因对费正清、费慰梅说：“佛教流入中国后，从星象来看，选择的就是佛塔的形式，因为在中国古代文化思想中，对于空间的理解，是空间与实体的辩证统一。高耸的形象，一方面有纪念色彩，在压倒人的心灵中来显示崇高。元代的塔，人情味的特色很浓，这种人情味，通过色彩和图案装饰体现出来，把艺术立足于一种宗教情感上，它有着深切的虔诚，正因为这样，艺术才愿意跟宗教携手而行。”
林徽因和梁思成很认真地测绘了这座古塔各部分的尺寸，用他们的莱卡相机拍了照片，搞了细部的素描图。梁思成因车祸撞坏腿后，骨头交搭接合，他的右腿短了一截，不仅腿有点跛，也使他的脊椎弯曲，背部软弱无力，他穿一件支撑脊椎的钢背心，尽管行动不便，但仍能在屋顶、椽架上爬行，克服了常人难以忍受的困难。
离开洪洞，林徽因一行经文水到晋祠。晋祠在太原市西南的悬瓮山下，是晋水的发源处。这座建筑群始造于北魏前，为纪念周武王次子叔虞而建。叔虞封唐，他的儿子燮因晋水更国号，后人因以国号为祠名。晋祠屡经修葺而变迁，到北宋天圣年间，追封唐叔虞为汾东王，并为其母修建了规模宏大的圣母殿。
晋祠是个热闹的所在，同其它寺庙比起来，更多了一些人间烟火。游人如织，大都是来游览的红男绿女，很少有进香者。他们经水镜台，看了鱼沼飞梁和圣母殿。梁思成对圣母殿的宋代结构和形制很感兴趣，说是营造法式的一个绝好的范本。费慰梅却称赞鱼沼飞梁上的石桥，结构精巧，体现了东方人静谧整洁的审美情趣。
接着，他们还看了莲花台、老君洞、文昌宫、难老泉等景观。这种野外考察还带给了林徽因和梁思成这样久居城市的知识分子一种难得的机会，去观察和体验偏僻农村中劳动人民的艰难生活和淳朴民风。这种经验带给了林徽因思想上很大的震动。
正是因为有着相同的爱好和事业，林徽因和梁思成互相鼓励、互相合作，在家庭和事业上，都取得了令人满意的成绩。
１９３５年初，南京政府决定对山东曲阜的孔庙进行修缮和养护。梁思成到曲阜勘察孔庙，并作修葺计划。就在这时，林徽因的肺结核又复发了。医院的大夫要求她卧床休息三年，林徽因只答应休息六个月。每天，林徽因除了睡觉外，就进行写作。
２月，她的诗《忆》被选入杨晋豪编的《中国文艺年鉴》，由上海北新书局出版。６月１日，她的诗《吊玮德》发表在《文艺月刊》第７卷第６期上。她的小说《钟绿》、《吉公》，诗《城楼上》，散文《纪念徐志摩去世四周年》等，发表在《大公报·文艺副刊》。另外她还写了诗《灵感》，生前没有发表，后收入１９８５年出版的《林徽因诗集》。
１９３６年５月，林徽因觉得自己已经康复，便和梁思成到达洛阳，会同刘敦桢和陈明达等，一起考察龙门石窟。结束了龙门石窟之行，林徽因、梁思成又进入一层新的境界，他们转道７大古都之一的开封，作中国古塔的考察。
山东之行不仅积累了第一手珍贵的建筑资料，也启发了林徽因的艺术灵感。她一路走，一路写诗，许多佳作成为后人传诵的名篇，一首诗《山中》写道：
紫色山头抱住红叶，将自己影射在山前，
人在小石桥上走过，渺小的追一点子想念。
高峰外云在深蓝天里镶白银色的光转，
用不着桥下黄叶，人在泉边，才记起夏天！
也不因一个人孤独的走路，路更蜿蜒，
短白墙房舍像画，仍画在山坳另一面，
只这丹红集叶替代人记忆失落的层翠，
深浅团抱这同一个山头，惆怅如薄层烟。
山中斜长条青影，如今红萝乱在四面，
百万落叶火焰在寻觅山石荆草边，
当时黄月下共坐天真的青年人情话，相信
那三两句长短，星子般仍挂秋风里不变。
这首诗，淋漓尽致地写出了一个行路人置身于自在自然的感觉，心境与山景，完美和谐，迥出尘表，令人一唱三叹。她的《黄昏过泰山》，则表达了另一种情愫：
记得那天
心同一条长河，
让黄昏来临，
月一片挂在胸襟。
如同这青黛山，
今天，
心是孤傲的屏障一面；
葱郁，
不忘却晚霞，
苍莽，
却听脚下风起，
来了夜——
她心的孤傲的屏障，在山的怀抱中为之一开，胸襟挂一片月光，全部的感觉便溶入了这橙色的苍茫。接着又去考察了位于洛南市南郊的关羽墓，并到开封考察了宋代的繁塔，去泰安考察了泰山脚下的岱庙——这是历代帝王祭祀的地方。
日本人曾经断言，中国已不存在唐代的木构建筑，要看唐代木构建筑，人们只能到日本奈良去。但是，梁思成和林徽因相信，中国这么大的地方，肯定会有唐代的木构建筑存在。他们到图书馆去翻阅了很多材料，结果有重大的发现。在法国汉学家伯希和写的《敦煌石窟图录》里，有两张唐代壁画的研究引起他们的注意。这两张壁画描述了佛教圣地五台山的全景，并标明了每座寺的名字。梁思成又在北平图书馆见到一本《清凉山：（山西五台山）志》，里面有佛光寺的记载。梁思成和林徽因估计这个地方由于交通不便，进香的人也不多，比较有利于古建筑的保存，他们决定去碰碰运气。
１９３７年６月，梁思成和林徽因、莫宗江、纪玉堂一起乘火车到太原。之后坐汽车，到了半路改骑驮骡，往五台山进军。在险峻的山路上迂回前进，有时连牲口也不肯向前，他们只好拉着毛驴步行。这样走了两天，才到达位于五台县城东北６０华里的佛光寺。只见那里的唐代木构、泥塑、石刻、壁画、墨迹，以及寺内外的魏（或齐）唐墓塔、石雕，荟萃一处，相互依衬。这是我国历史文物中的瑰宝。
梁思成在《寻找古建筑》一文中，详细地描述了他们在佛光寺的一些情况。他说，他们第二天就开始了仔细的调查。斗拱、梁架、藻井以及雕花的柱础都细看过，无论是单个或总体，都明白无误地显示了晚唐时期的特征。当他们爬进藻井上面的黑暗空间时，在那里看到了一种屋顶架构，使用双“主椽”（借用现代屋顶架的术语），其做法只有在唐代绘画中才有。这个“阁楼”里住着好几千只蝙蝠，它们聚集在脊檩上边，这使他无法找到在上面可能写着的日期。除此之外，木材中又有千千万万吃蝙蝠血的臭虫。他们戴着厚厚的口罩掩盖口鼻，在黑暗和难耐的秽气中好几个小时地测量、画图和用闪光灯照相。
在大厅里工作的第三天，林徽因在一根梁的根部下面注意到有中国墨的很淡的字迹。这个发现对大家的影响犹如电击一般，没有比实际写在庙的梁上或刻在石头上的日期更让人欢喜的东西了。当大家忙着想办法在佛像群中搭脚手架以便清洗梁柱和就近审视题字时，她把头尽量往后仰，从各个不同角度尽力辨识梁上的文字。经过一番努力，林徽因认出一些隐约的人名，还带有长长的唐朝官职。其中最重要的是最右边的那根梁上，当时依稀可辨的是：“佛殿主女弟子宁公遇”。而在外面台阶前的石柱上刻的年代是“唐大中十一年”，相当于公元８５７年。他们回北平后，林徽因见到朱自清和萧乾，还兴致勃勃地向他们描述考察时的情景。林徽因和同伴们发现的佛光寺大殿，是当时国内已知的最古老的木结构建筑。
佛光寺也有许多古塔，几乎全是国内建筑的孤例。在东大殿南侧，是开山祖师愿诚的墓塔，上半截塌掉了，只留下了雕有莲花瓣和宝珠的塔座。林徽因说，这种局部装饰的手法，是典型的北魏风格。整个墓塔林中的塔，有唐代的，也有宋代的。他们真像走进了一座古老年代的迷宫，林林总总，让他们目不暇接。
结束了佛光寺的考察，他们一路北上，看了灵境寺、金阁寺、镇海寺、南山寺，最后到了五台县最北端的秀丽山镇台怀。台怀镇地处五台山五大高峰怀抱之中，这个小镇居住着汉、满、蒙、藏四个民族，近两千人。台怀镇有一灵鹫峰，亦称菩萨顶，佛教史籍记载，东汉时期佛教在中国最初的传播人掇摩腾和竺法来到台怀镇，看到菩萨顶的形状，颇像印度的灵鹫峰，因而名之。佛教史籍也记载着，台怀镇大白塔的地底下，藏有释迦牟尼的舍利，因此，历代以来，朝廷和佛门信徒纷纷于台怀镇及其附近修寺庙，使这里形成了佛寺鳞次栉比、宝塔如林的五台山佛教中心。五台山的佛教寺院有一半以上集中在台怀镇。
林徽因、梁思成等四人，看了附近的显通寺、塔院寺、万佛阁、罗侯寺、圆照寺等二三十所庙宇，大都是明清时代的建筑，这更让他们对佛光寺的发现充满了欣喜。林徽因和梁思成立即致信太原教育厅，详细陈述了佛光寺的历史价值，建议他们立即制定出一个永久性的保护办法。
下山之前，林徽因给读小学三年级的女儿宝宝发了一封信，详细地描述了他们上山和下山的路线，并画了一张地图。离家越久，她越是想念女儿和儿子。每次外出考察，她都要给女儿写信，把一个８岁的孩子当大人看待。她把旅途生活和考察成果告诉宝宝。
７月初，他们开始回返，一路上或骑骡子，或爬山，或坐货车。走出五台山，经砂河、繁峙，到代县，已是７月１２日了。到代县之后，他们听到北平发生了“卢沟桥事变”的消息，一路上的兴奋，如迎头泼了一盆冷水，大家的心情立刻沉重起来，梁思成想起“九·一八”事变前日军在沈阳的种种暴行，忍不住仰天长叹。
他们决定立刻赶回北平，但平汉、津浦两条铁路已不再通车，只能绕道返回。又恐平绥不得达，只好嘱纪玉堂带上图录、稿件，暂返太原，等候消息。４人翌晨从代县出发，徒步到同蒲路中途的阳明堡，匆匆分手，各奔南北。林徽因、梁思成出雁门关，过大同、张家口昼夜兼程，赶回北平。
回到北平，他们立刻闻到浓烈的火药味，宋哲元２９军的兵车从大街上呼啸开过，回到北总布胡同３号家中，又见士兵们在门口挖了堑壕，好像是要打一场大仗的样子。听到林徽因和梁思成考察归来的消息，朋友们相邀来到他们家，那时北平马路消息很盛，人心惶惶。大家相约以实际行动支持宋哲元，林徽因、梁思成同刘敦桢一起，在北平教授致政府要求抗日的呼吁书上签了名。
由于战云压城，营造学社的工作已无法再进行。林徽因和梁思成终日忧心如焚，营造学社的同仁们最担心这几年积累的大量调查资料落人敌手，他们决定把这些资料，转移到天津英租界英资银行保险库中存放。
几天之后，守军却悄悄地撤走了。７月２８日，日军占领北平。看着满街的太阳旗，民族的耻辱感油然占据了林徽因的心头。忽然一天，林徽因和梁思成收了到署名“东亚共荣协会”的请柬，约他们参加一个会议，林徽因愤怒地把请柬撕碎了。他们决定离开北平，到后方去，到大西南去。尽管北平有他们温暖安适的家和优越的治学条件，然而战争迫使他们必须离开这里的一切。
从１９３０年到１９４５年，他们夫妻二人共同走了中国的１５个省，２００多个县，考察测绘了２００多处古建筑物，很多古建筑就是通过他们的考察得到了世界、全国的认识，从此加以保护。比如像河北赵州石桥、山西的应县木塔、五台山佛光寺等。也正是由于在山西的数次古建筑考察，使梁思成破解了中国古建筑结构的奥秘，完成了对《营造法式》这部“天书”的解读。