Si trasferì a Chicago nel dicembre 1947, dove, nel 1948, iniziò a lavorare nel campo della ricerca cardiovascolare presso il Michael Reese Hospital, sotto la guida di Louis N. Katz, futuro vincitore del Premio Lasker-DeBakey per la Ricerca Medica Clinica nel 1956. Con Louis Katz collaborò per anni a ricerche sperimentali sulle interazioni tra fattori come dieta, ormoni, pressione sanguigna, e grassi nella genesi delle patologie cardiovascolari. I loro studi confluirono in una monografia dal titolo "Experimental Atherosclerosis", pubblicata nel 1953 e divenuta un classico. In quello stesso anno, Stamler si trasferì alla "Chicago Board of Health", dove stabili il primo "Heart Disease Control Program" (Programma di controllo delle patologie cardiache, divenuto, in seguito, "Chronic Disease Control Division", Divisione per il controllo delle patologie croniche). Nel 1962 si recò a Città del Messico per la sua prima esperienza a un'edizione del "World Congress of Cardiology", dove doveva presentare i suoi studi epidemiologici sui livelli plasmatici di colesterolo su uomini e donne, bianchi e di colore. Appena entrato nella hall del congresso per accreditarsi, si imbatté in Ancel Keys e Paul Dudley White, quest'ultimo celebre cardiologo e medico personale di Dwight Eisenhower; i due, dopo averlo salutato cordialmente, lo cooptarono su due piedi nel comitato di ricerca della World Heart Federation, del quale White era presidente. Quattro anni più tardi, a Nuova Delhi, durante i lavori della successiva edizione del "World Congress of Cardiology", fu incaricato di creare, insieme ad Ancel Keys, un consiglio sull'epidemiologia e la prevenzione.