Setelah perang, Leona Marshall kembali ke Universitas Chicago, di mana ia menjadi seorang rekan di Fermi Institute for Nuclear Studies. Bekerja dengan Chicago Pile 3 air berat reaktor, ia menemukan cara untuk 100 persen spin polarisasi sinar neutron, dan menentukan indeks bias neutron untuk berbagai bahan. Anak kedua, John Marshall III, lahir pada tahun 1949. Dia menjadi asisten profesor pada tahun 1953. Setelah Fermi meninggal pada tahun 1954, Marshalls berpisah. John Marshall kembali ke Laboratorium Los Alamos, sementara Leona, sekarang secara efektif seorang ibu tunggal, menjadi seorang rekan di Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey pada tahun 1957. Tahun berikutnya ia menjadi rekan di Brookhaven National Laboratory, pada saat fokus penelitian dalam fisika bergeser dari inti partikel dan ke arah partikel.
John Marshall III