Nel 1953 divenne Professore e Capo del Dipartimento di Microbiologia, Washington University di St. Louis, fino al 1959. Qui continuò a sperimentare con gli enzimi che creavano il DNA. Nel 1956 ha isolato il primo enzima di polimerizzazione del DNA, ora noto come DNA polimerasi I. Questo gli è valso il premio Nobel nel 1959.