I foråret 1969 vendte hun tilbage til Nairobi for at fortsætte sine studier på University College of Nairobi som assisterende lektor. I maj blev hun og Mwangi Mathai gift. Senere samme år blev hun gravid med sit første barn, og hendes mand kæmpede for en plads i parlamentet, men tabte med knappe midler. Under valgkampen blev Tom Mboya, der havde været medvirkende til at grundlægge programmet, der sendte hende til udlandet, myrdet. Dette førte til, at præsident Kenyatta effektivt sluttede flerpartedemokratiet i Kenya. Kort efter blev hendes første søn, Waweru, født. I 1971 blev hun den første østafrikanske kvinde til at modtage en ph.d., hendes doktorgrad i veterinær anatomi, fra University College of Nairobi, som blev Nairobi University det følgende år. Hun afsluttede sin afhandling om udvikling og differentiering af køer i kvæg.
Hun blev den første østafrikanske kvinde til at modtage en ph.d.