Efter krigen vendte Leona Marshall tilbage til universitetet i Chicago, hvor hun blev forsker ved Fermis Institute for Nuclear Studies. I 1960 arbejdede hun med Chicago Pile 3 tungvandsreaktor, hun fandt en måde at 100 procent spin polarisere neutronstråler, og fastsatte brytningsindekset af neutroner for forskellige materialer. Hendes andet barn, John Marshall III, blev født i 1949. Hun blev assisterende professor i 1953. Efter Fermi døde i 1954, Marshalls adskilt. John Marshall vendte tilbage til Los Alamos Laboratory, mens Leona, nu effektivt en enlig mor, blev forsker ved Institute for Advanced Study i Princeton, New Jersey i 1957.
John Marshall 3.