Dal 1980 al 1989, Birx ha lavorato come medico presso il Walter Reed Army Medical Center. Nel 1981, Birx completò uno stage di un anno e fece una residenza di due anni in medicina interna. Dal 1983 al 1986, ha completato due borse di studio in immunologia clinica nelle aree di allergie e diagnostica, dove ha lavorato nel laboratorio di Anthony Fauci. Dal 1985 al 1989, Birx è stata vicedirettrice del Servizio allergie / immunologia di Walter Reed. Birx ha iniziato la sua carriera come medico specializzato in immunologia, concentrandosi infine sulla ricerca sui vaccini contro l'HIV / AIDS. 