1928年3月21日， 梁思成与林徽因在加拿大渥太华梁思成姐夫任总领事的中国总领事馆举行婚礼。之后按照其父梁启超的安排，赴欧洲参观古建筑，于8月18日回京。1929年8月，林徽因从东北回到北平，在协和医院生下其女儿，取名再冰，意为纪念已故父亲梁启超“饮冰室”书房雅号。
婚后夫妻二人致力于建筑事业，他们在山西对古建筑所做的调查和实测工作，不仅对科学研究贡献巨大，也使山西众多埋没在荒野的国宝级的古代建筑开始走向世界，为世人所知。
学者金岳霖，是中国一流的哲学家。金岳霖1914年毕业于清华大学，后留学美国、英国，又游学欧洲诸国。回国后主要执教于清华和北大。他从青年时代起就饱受欧风美雨的沐浴，生活相当西化，身高一米八，极富绅士气度。金岳霖在晚年回忆说，他还是通过徐志摩认识林徽因的。林徽因一家在北京东城北总布胡同居住的时候，金岳霖与林家比邻。梁氏夫妇的客厅有一扇小门，穿过“老金的小院子”到他的屋子，而他常常穿过这扇门，参加梁氏夫妇的聚会。到星期六下午，老金在家里和老朋友们聚会的时候，梁氏夫妇就穿过他的小院子来参加老金家的聚会。
据说金岳霖的生活很讲究，他家的厨师做面包做得好，每天早上就给林徽因家送过去，没事了就到梁家一起喝茶聊天。这样交往久了，两个人就互相有了爱慕之心。大概是1932年夏天，梁思成从河北宝坻考察古建筑回来，林徽因告诉他自己同时爱上了两个人，不知道该怎样办才好。
当晚梁思成想了一夜，第二天他跟林徽因说：你是自由的，如果你选择了老金，我祝你们永远幸福。梁思成后来对他的第二个妻子林沫说，当时他和林徽因都哭了。后来林徽因把梁思成的话告诉了金岳霖。金岳霖说，思成能说这个话，可见他是真正爱着你，不愿你受一点点委屈，我不能伤害一个真正爱你的人，我退出吧。
从那以后，他们三人毫无芥蒂，金岳霖仍旧跟他们毗邻而居，相互间更加信任，甚至梁思成林徽因吵架，也是找理性冷静的金岳霖仲裁。金岳霖此后终生未娶，一直到八十多岁去世。
在林徽因去世后，梁思成曾跟林沫说过，作为徽因的丈夫，确实有点累。梁思成说到这个话题，是因为林沫问他关于金岳霖为了林徽因终生不娶的故事。据林沫说，梁思成笑了笑说：“林徽因是个很特别的人，她的才华是多方面的。梁思成这样评价过林徽因之后，诙谐地说：“所以做她的丈夫很不容易。中国有句俗话，‘文章是自己的好，老婆是人家的好。’可是对我来说，老婆是自己的好，文章是老婆的好。我不否认和林徽因在一起有时很累，因为她的思想太活跃，和她在一起必须和她同样地反应敏捷才行，不然就跟不上她。”
费正清在《梁思成与林徽因》一文里回忆说：“我经常骑自行车或坐人力车在天黑时到梁家去。红漆双扇大门深锁，佣人把庭院入口的门闩打开，我就径自穿过内花园去找徽因。在客厅舒适的角落里坐下，泡上两杯热茶，我们迫不及待地把那些为对方保留的故事和想法讲出来。我们有时分析比较中国和美国的不同价值观和生活方式，但接着就转向彼此在文学、艺术和冒险方面的许多共同兴趣，谈谈对方不认识的朋友。”
据《林徽因传》的作者张清平介绍，当年梁思成是因为林徽因喜欢建筑学而学建筑的。建筑学在他们之间，是共同的事业，也是情感沟通的基础。
关肇邺《忆梁先生对我的教诲》回忆说：“在先生那朴素而高雅的书房里，经常可以听到他们对学术上不同观点的争论。有时争得面红耳赤，但都有很充足精深的论据。我在旁静听，极受教益。也常有某一雕饰在敦煌某窟或云岗某窟、某一诗句出于何人之作等的争论而评比记忆力，等到查出正确结论，都一笑而罢。这些都使我感到多么像李清照和赵明诚家庭生活中的文化情趣。”
