Hai ông bà quen nhau từ những ngày đầu tập huấn ở Việt Bắc để chuẩn bị sang nước ngoài học tập vào năm 1953. Khi đó, bà học ở trường phổ thông cấp III Lam Sơn, thị xã Thanh Hóa lên còn ông ở ở khu học xá trường Khoa học cơ bản (Trung Quốc) về tập huấn. Bà ngạc nhiên khi thấy một thanh niên trẻ nhưng mặc một áo xám tro như thầy tu. Bà hỏi mới biết là Nguyễn Đình Tứ. Hai ông bà cùng sinh hoạt trong một tổ 10 người, rồi cùng đi học ở Trung Quốc với nhau. Năm đầu học tiếng Trung Quốc, hai ông bà lại cùng một ban – ban 7, ngồi học trong lớp lại cùng bàn. Khi phân tổ “tâm giao” tam chế, ông bà và Lê Đậu lại cùng một tổ.
Học xong một năm tiếng Trung, bà theo học ngành Y còn ông học Thủy lợi, cùng trên chuyến tàu về phía Nam Trung Quốc. Đến ga Hằng Dương, khi chia tay, ông tặng bà một tấm ảnh chân dung của mình nhưng không nói gì. Hai năm đầu học hành vất vả, ông bà không viết thư trao đổi với nhau. Năm 1957, ông được cử sang làm cộng tác viên tại Viện Liên hiệp nghiên cứu hạt nhân Đúpna, Liên Xô cùng ông Hoàng Phương, Dương Trọng Bái. Khi sang Liên Xô, ông kiên trì viết thư cho bà. Trong thư, thường hai người xưng hô với nhau là Tứ – Nhạn, như bạn bè bình thường.
Khi bà học đến năm thứ 5, trong một lần viết thư, ông thay đổi cách xưng hô: Nhạn thân yêu! Và hẹn khi nào bà tốt nghiệp sẽ về để cưới. Ngày 20-9-1959, bà tốt nghiệp đại học, ông cũng từ Liên Xô nghỉ phép ghé thăm bà. Sau 5 năm mới gặp lại nhau nhưng hai người không cảm thấy bỡ ngỡ vì thường xuyên viết thư hỏi thăm nhau.
Hai ông bà đã có một tuần tham quan Bắc Kinh trước khi lên tàu về nước. Đúng ngày Quốc khánh của Trung Quốc (1-10), ông bà lên tàu liên vận từ Bắc Kinh về Hà Nội. Đây là một chuyến tàu đặc biệt vì trên tàu hành khách chỉ có hai ông bà, bởi hôm đó là ngày quốc khánh, khách chỉ lên Bắc Kinh.
Đến ga Hà Nội, do gia đình ông ở trong Vinh, còn gia đình bà ở trong Nam nên ông về ở nhà nhà cậu – GS Lê Văn Thiêm, còn bà về ở nhờ nhà chị họ – chị Lài. Vài hôm sau, bố ông – cụ Nguyễn Mỹ Tài từ trong Vinh ra để lo đám cưới. Phía bà có anh chị: chị Lài, anh Chánh, anh Nam, chị Phi là những người thân tập kết từ Quảng Ngãi ra năm 1954. Ông cũng tự tay chuẩn bị nội dung gửi đi in thiệp cưới để mời người thân, bạn bè.
Thiệp cưới hình chữ nhật gập đôi tạo thành 4 mặt, mặt 1 và mặt 4 để trống. Mặt 2 có chữ T-N lồng vào nhau (viết tắt của Tứ-Nhạn) và nội dung: “Vui mừng báo tin để Anh Chị (Anh Chị là chữ viết tay của GS Nguyễn Thu Nhạn) biết ngày 11-10-1959 chúng tôi sẽ làm lễ thành hôn tại Hà Nội”. Mặt 3 có đề: “Trân trọng kính mời Anh Chị tới dự tiệc trà thân mật với chúng tôi tổ chức tại nhà cưới Vĩnh Thành 54 Bà Triệu, vào 7 giờ tối ngày 11-10-59”.
Đám cưới của hai ông bà do GS Lê Văn Thiêm làm chủ hôn. Bạn bè của hai ông bà đến dự rất đông. Sau lễ, mọi người đi 8 chiếc xe đạp đèo nhau rước hai ông bà về nhà ông Hoàng Phương, cùng nhà với GS Lê Văn Thiêm. Ông Phương nhường cho hai ông bà gian buồng cùng giường chiếu chăn màn vì ông bà không có gì cả.
Hai hôm sau, ông bà về Vinh ra mắt gia đình và họ hàng. Bà được mọi người quý mến, đón tiếp nồng hậu. Ăn cơm xong, cụ Nguyễn Mỹ Tài không cho bà rửa bát, còn cụ bà – Đinh Thị Phượng – mẹ chồng bà cũng không cho bà nấu cơm, xua tay bảo “học trò không biết nấu cơm đâu”.
Nhắc về người bạn đời của mình, GS Nguyễn Thu Nhạn cho biết: Với bà, không có con người nào tốt hơn GS Nguyễn Đình Tứ. Nếu cuộc đời này cần có người dựa vào thì GS Tứ là người suốt đời chung thủy, làm chỗ dựa vững chắc cho bà.
