Eftir stríðið sneri Leona Marshall aftur til Háskólans í Chicago, þar sem hún varð félagi í Fermi-stofnuninni fyrir kjarnorkufræðirannsóknir. Í 1960 vann hún við Chicago Pile 3 þungurvatnsvirkjunina, fann hún leið til að 100 prósent snúnings polarize neutron geislar, og ákvarðaðu brjótunarvísitölu neutróna fyrir ýmis efni. Annað barnið hennar, John Marshall III, fæddist 1949. Hún varð aðstoðarprófessor í 1953. Eftir að Fermi dó árið 1954, Marshalls aðskildu. John Marshall sneri aftur til Los Alamos rannsóknarstofunnar, en Leona, nú í raun einstæða móðir, varð félagi í Institute for Advanced Study í Princeton, New Jersey árið 1957. Árið 1957 varð hún félagi í Brookhaven National Laboratory, á þeim tíma þegar rannsóknir í eðlisfræði var að snúa frá kjarna og í átt að kjarnorkufræðirannsóknir.
Jón Marshall III.