De esta manera pudo trabajar con su marido y perseguir su interés entusiasta en la ciencia.Tras la graduación trabajó como técnica de medicina para varios físicos hasta que su marido recibió su grado médico y creó su propio laboratorio.
[3] En la década de los 50 Donnall fue médico jefe en el hospital Mary Imogene Bassett en Cooperstown, New York.
El Dr. Beverly Torok-Storb, miembro de dicho centro, decía que la pareja trabajaba muy unida, y aseguraba que los éxitos obtenidos por ambos no hubieran sido posibles sin el trabajo desempeñado por Dorothy.
Desde sus primeros años en la investigación en dicho centro, Dorothy se dedicó a extraer sangre de los pacientes, realizó trabajo de laboratorio, editó cada artículo científico que su marido escribía, así como otros artículos del resto del equipo.
Donnall dio las gracias a su mujer y a su equipo por el premio y George Santos, especialista en trasplantes, remarcó que si Donnall era considerado el padre de los trasplantes de médula ósea, entonces Dottie era la madre.
Lamenta este hecho, porque de no ser por ello, Dorothy podría haber obtenido su doctorado.