比克赫尔茨教授对张亚勤的支持是全方位的，很快就为他申请到了一笔奖学金，让张亚勤参与到为美国大型医院构建信息系统的研究项目中。比克赫尔茨教授主持的这个项目叫PACS，由美国卫生总署联合麻省理工学院、华盛顿大学等5所大学共同研发，聚焦在医疗领域的图像存储和通讯系统，目的是把包括医疗案例、病人档案等各种医疗信息全部统一储存管理。坐落在华盛顿的华盛顿大学医院的医疗设施相当完备，是国会议员等社会名流就医的首选，因此美国卫生总署选定华盛顿大学医院作为试点。
张亚勤负责的是“图像压缩”的算法和研究。医学图像信息量大，不压缩编码就无法有效传输和存储，但过度压缩又会影响医疗诊断。而张亚勤从未学过图像压缩知识，他必须尝试各种新算法，编写大量程序，在最好的效果和可操作性之间寻找到均衡点。这次挑战推动张亚勤开始涉足图像处理这一领域，并在该领域屡有斩获，终成大业。
由于是联合项目，美国卫生总署经常组织各个参与机构讨论，再根据各家的观点和实际能力决定项目分配方案。每次开会，比克赫尔茨教授都派张亚勤做自己的全权代表。面对台下的知名专家、大师级的人物，刚刚20出头的张亚勤必须清晰有力地表达己方观点，为华盛顿大学争取最优资源，因此，责任和压力可想而知。
第一次参会前，张亚勤精心准备了发言稿，一遍遍修改背诵。导师也给他鼓劲儿：“这方面你肯定比他们懂得多。”然而，到了会场，看到西装革履的专家们权威的模样，作为一个初出茅庐的学生，张亚勤不免心里有些紧张。不过等到专家们讲完，他终于松了一口气，因为就像教授说的那样，自己准备得不比这些人差。事实上，演讲过程中，张亚勤从台下专家们的表情中已经感觉到了他们对于自己报告的认可。
医院信息系统项目是张亚勤在美国参与的第一个项目，无论是专业知识、研究方法，甚或信心建立，都对他未来的发展意义深远。他后来回忆说：“PACS这个项目做了一年后开始有些成果，我开始带着自己的研究成果参加各种学术会议。听了其他人的报告，再看自己的成果，你就会发现他们很炫的演示背后其实没有说出个所以然，而我自己的一些全新算法确实能解决实际问题。这个项目一方面帮助我确立视频图像这个领域作为自己的方向，另一方面，和这些美国顶尖科学家一起工作，通过对比，认识到了自己工作的意义。中国学生的聪明毋庸置疑，基础知识也非常扎实，但往往缺乏美国学生的自信。在一个国际级的平台上建立自信，使我受益终生。”
医院项目之后，在导师的安排下，张亚勤又来到国际卫星组织做实习生。在这里做的项目是通讯卫星的加密。通讯卫星有两个通道，数据通道专门负责转播和发射通讯信息，控制通道则用来控制卫星发射之后在空间轨道上的运行，以保证通讯卫星数据的实时传送。这个控制系统本身有一套加密系统，相当于安全保卫措施，如果加密工作出了纰漏，就意味着任何人都可以控制卫星，整个通讯系统将陷于危险境地，后果不堪设想。
曾经有一部讲述黑客狂人的电影，电影中那些顶尖黑客专门寻找各个国际安全机构计算机系统的漏洞并攻击它，张亚勤所做的工作就是模拟黑客，以各种算法设计攻击程序，袭击计算机系统的漏洞。理论上说，随机的攻击是无法破解的，但有预谋的攻击因为有人脑设计在其中，因而总是有迹可循。和国内前一阵子大热的电视剧《暗算》不同的是，破译人员只需要破解密码，而张亚勤不仅需要解密，还需要通过模拟攻击卫星来判断卫星系统究竟是否安全。
“就像是你通过分析攻击反馈回来的信息来甄别这个系统是不是完备，有哪些地方需要改进。就像我是一个指挥官，派不同的侦查员去，每个侦查员给我一个关于系统漏洞的报告，我再去攻击系统。整个过程需要大胆想象，小心求证，十分刺激！”