两年后，他又以创造性的研究大大突破了导师法布里原先为他拟定的博士论文课题，以《石英在电场下的形变和光学特性变化的实验研究》的毕业论文获得法国国家科学博士学位。法布里在当选为法国国家科学院院士后举行的仪式上，自豪地宣读了他的这位中国学生的论文。第二天，《巴黎晨报》就在显著位置刊登了法布里和严济慈的大幅照片。一时间，严济慈名声大振，成为巴黎学界的新闻人物。对此，许多旅法华人都倍受鼓舞。在分享这一荣誉的中国人中，就有在国立巴黎最高美术学校学习、后来成为大艺术家的徐悲鸿。
　　1927年夏，严济慈学成归国。在船上，他遇到一位比他年长三、五岁的同胞，那人热情地向他打招呼：“您好，严济慈博士，我在《晨报》上看到过您的玉照和大名。对了，我叫徐悲鸿。”两人虽是初遇，却是一见如故，特别投缘。途中，徐悲鸿为严济慈画了一张肖像素描，并写了一行法文小字：“科学之光，1927年，徐悲鸿”。这既寓含着严济慈研究的光学和他的字号(字慕光)，又表达了徐悲鸿希望严济慈成为科学之光，去照亮黑暗的中国的心愿。
　　回国后，他俩又先后受聘为中央大学的教授，严济慈在物理系，徐悲鸿在艺术科(系)。从此以后，俩人的关系更加密切了。