在校期间，沈崇诲痛恨日本帝国主义的侵略野心，积极参加各种抗日救亡运动。“尤其是在九一八那天，得到不幸的消息后，竟使我如中疯痫！”沈崇诲与林文奎等组织学生义勇军，到处宣传抗日救国的道理，唤起民众的爱国热忱。虽然工作取得了一些成绩，但也使沈崇诲“觉得没有组织，没有真切的纪律是不成功的”。由此，进一步坚定了沈崇诲投考军校、献身国家的决心。
1929 年清华获得华北足球优胜杯合影
1932年春毕业前夕，沈崇诲一方面抓紧学习准备毕业，一方面计划毕业后工作。经过思考，沈崇诲和几个志同道合的同学初步计划毕业后去新疆工作。后再经仔细考虑，以及翁文灏、杨钟健等师长建议，沈崇诲认识到应该先打好基础，并设法鼓励内地青年往西去开发西部，再图进一步发展。于是，沈崇诲等人决定毕业后去河套五原工作。
7月，沈崇诲从清华大学毕业，和同级土木系谭葆宪、1931级化学系的张士培一起去河套的途中，路过绥远省时，五原一带正闹匪患，同时绥远省教育厅坚持留沈崇诲办理会考和全省运动会事宜，绥远省主席傅作义也留沈崇诲筹备绥远第一届产马比赛。于是，沈崇诲留在绥远省工作。在四个月时间里，沈崇诲对绥远省民情风俗、社会等有了深入了解。
在绥远期间，沈崇诲与已经考入航空学校的林文奎经常通信，了解了航空学校的发展情况，也感到空军在现代国防中的重要作用。当时，日本帝国主义的侵略魔爪逐步伸向华北及边疆地区，妄图变中国为其殖民地。沈崇诲下定决心投入军旅，保卫国家。在陆军、海军、空军的选择中，他最终选择空军。
考察沈崇诲从军之路，可见刚强的性格、家庭的熏陶、学校教育、现实中的民族危机，培养了沈崇诲强烈的爱国情怀。“幼时即嗜运动，喜读武侠小说。并在双亲的教说下对于英雄武士极其崇拜。入学校后，深感国事日非，无日不盼英雄出世！ 同时自己平常对于军事也十分注意”。待条件成熟，沈崇诲得以踏入军界，一遂其报国宏愿。
投身航校 立志卫国
1932年12月20日，沈崇诲冒着大雪、穿了三件皮衣坐在冰箱似的铁棚车赶到北平。准备1933年1月2、3两日举行的航校入学考试。经过一个星期准备，沈崇诲考入航空学校入第三期轰炸科学习。
考入航空学校让沈崇诲兴奋不已，让他找到了能直接报效国家的机会。“记得从前常想学习海军，也想学习陆军，都遭到家中的劝阻作罢。今天竟超我心愿，学习国家所最需要的空军，我真太幸运了”。
在接到航校录取通知的同一天，沈崇诲也接到母亲病危的电报。沈崇诲立刻赴沪看望并照顾母亲。沈崇诲侍亲极孝，“十数天内，夜以继日的亲侍床前”。在服侍母亲住院期间，沈崇诲瞒着家人赴杭参加航校体检。当沈崇诲得知合格后，告诉母亲在航空工厂得到一份实习工作。母亲听了非常高兴。2月16日，沈崇诲母亲去世，21日入殓，22日沈崇诲带着丧母的悲痛，赶到杭州参加入伍典礼，他下定决心“我将抛弃一切尽忠报国！”从此，沈崇诲走上了保家卫国的抗日之路，直至壮烈殉国，做到了为母尽孝、为国尽忠。
在航校学习期间，他有在清华大学读书时打下的良好基础与强健的体魄，更加上他有一颗尽忠报国、恪于职守的心，历次考核他的成绩都很突出。他还能严格要求自己，锻炼自己遵守纪律、吃苦耐劳的优良作风。航校的磨砺，让沈崇诲逐渐成长为一名成熟的航空战士。“因为环境和遗传的关系，我的个性和自信力是很强的。不过近几年，努力更改，比较有一点进步。思想方面，我以为一个人应先健全心身，无论对事对人总求其真实，所以我没有虚心之事，也没有交恶之友”。
在中央航校读书期间，沈崇诲品学兼优。无论学科、术科、飞行技术，尤其是品德、领导能力、人缘与爱国心和忠于职守的精神，都得到了长官和侪辈称誉，公认“一时无两”。
中央航校旗杆底座上有紫铜制成擦得很亮的标语：“我们的飞机和炸弹与敌人的兵舰阵地同归于尽！”每天升旗的时候，沈崇诲都能见到这句话并深深印在脑海里，激励他投身抗日救亡。1934年6月5日，沈崇诲在致同学信中，谈到航校因航空练习牺牲的清华校友胡家枚：“我相信这消息如果给梅校长、马先生，你们以及清华人士们听见，定能引起你们无限的悲痛，但是那毫无挽回的余地了，我们除了继续他的志愿努力而外，还能做什么呢?” 在给清华同级校友赵燕生的信中，沈崇诲谈到参加航校二期毕业典礼的情形，他写道：
