بعد الحرب، رجعت ليونا مارشال الى جامعة شيكاغو، حيث اصبحت زميلة في معهد فيرمي للدراسات النووية. عملت مع مفاعل الماء الثقيل في شيكاغو بيل 3، ووجدت طريقة لتقطيب شعاع النيوترونات بنسبة 100 في المئة من الدوران، وحددت مؤشر الانكسار للنيوترونات لمختلف المواد. ولد طفلها الثاني، جون مارشال الثالث، في عام 1949. اصبحت أستاذ مساعد في عام 1953. بعد وفاة فيرمي في عام 1954، انفصل مارشال. عاد جون مارشال الى مختبر لوس ألاموس، في حين ان ليونا، التي هي الآن أم عزباء، اصبحت زميلة في معهد الدراسات المتقدمة في برنستون، نيوجيرسي في عام 1957. في السنة التالية اصبحت زميلة في مختبر بروكهافن الوطني، في وقت كان التركيز على البحوث في الفيزياء يزول بعيدا عن الجزيئات النووية والجزيئات. في عام 1960، انضمت الى جامعة
جون مارشال الثالث