След войната Леона Маршал се завръща в Чикагския университет, където става сътрудник в Института за ядрени изследвания на Ферми. Работейки с реактора за тежка вода Чикагски стълб 3, тя открива начин за 100% спиново поляризиране на неутронните лъчи и определя индекса на пречупване на неутроните за различни материали. Второто й дете, Джон Маршал III, се ражда през 1949 г. Тя става асистент професор през 1953 г. След смъртта на Ферми през 1954 г. Маршал се разделят. Джон Маршал се връща в лабораторията в Лос Аламос, докато Леона, вече самотна майка, става сътрудник в Института за напреднали изследвания в Принстън, Ню Джърси през 1957 г. Следващата година става сътрудник в Националната лаборатория Брукхейвън, по време, когато фокусът на научните изследвания в физиката се отдалечава от елементарните ядрени частици и се насочва към ядрените частици.
Джон Маршал III