1950年已经50岁的李书田离开台湾再次孤身赴美，这一次，李书田再也没有回来。到了美国之后，首要问题是生活，李书田为此重操旧业，在一家建筑公司做设计工程师。因为有之前跟随瓦代尔的经历，设计桥梁对李书田来说轻车熟路，在这家公司工作期间，李书田为美国乃至古巴的雇主设计过数十座桥梁。拿到康奈尔大学土木工程博士学位后，李书田又到塞拉库斯建筑公司做技术总监。62岁那年，李书田到南达科他州矿机大学做研究院导师和地质工艺学科执行委主任，并在这一时期成为美国土木工程师学会会员、美国土木工程学会会员。这时候的李书田还没有加入美国国籍。
李书田在水利上的成就也很多。在北洋工学院院长任内，李书田曾对各学科的人数分布做了统计，发现自1920至1927年，北洋本科毕业861人中503人为土木人才，其中水利学以104人居首，这说明社会迫切需要水利高级人才，这时候李书田就有了在北洋工学院设置独立的水利系的念头。1933年，李书田将一些高年级学生转入水利工程组。在西北工学院时期，水利工程组直接称水利系，李书田兼任水利系主任，首开我国国立大学水利工程教育先河。1935年，李书田在北洋工学院建立水利工程研究所等机构，于1937年培养出我国第一批工学硕士，其中不少是水利人才。
其实，李书田从中学时就关心水利问题。他的老家卢龙位于滦河、青龙河交汇处，常常发生水患，人民苦不堪言，在街上经常能看见为了生活而不得不卖儿卖女的人。李书田看到这种状况，很是心痛，于是开始在课余潜心阅读大量古代地理著作，诸如《山海经》、《水经注》一类，为之后研习水利打下了良好的基础。那时候水利是包含在土木工程里的，还没有被细分出来，在北洋大学读书时，李书田选择了土木工程，到了康奈尔大学依旧攻读土木工程，归国后的第一个职务就是顺直水利委员会秘书长，兼职北洋大学教授。1928年，该委员会改组为华北水利委员会。
在华北水利委员会任职期间，李书田积极宣传水利知识，开办了多期华北水利讲学班，设置了黄河水文站，指导参与了潮白河、滹沱河灌溉工程，永定河善后工程、永定河治本工程等水利工程的规划设计。1929年6月，国民党准备实行孙中山《建国方略》中的计划，在河北乐亭县建立北方大港，李书田被任命为筹备处副主任，但实际上主要是他在主持工作。对北方大港，李书田有着不输于母校的热情，刚上任，就带领技术员在乐亭沿海进行勘测，并很快撰写出了《北方大港之现状及初步计划》。9月，李书田和李仪祉又以华北水利委员会的名义组织编印了《北方大港》专刊，介绍勘测结果和可行性较强的建港方案。遗憾的是，因为国民政府内部的纷争，北方大港计划被搁浅，李书田为此甚为伤心。不久之后，好友陈立夫请其执掌唐山工学院，多少有些借此转移李书田注意力的意思。