1927年，陈克恢获得约翰·霍普金斯大学医学博士学位，并晋升为药理系副教授。1928年，凌淑浩也获得医学博士学位，并到一家医院担任妇产科住院医生。
1929年7月15日，陈克恢与凌淑浩这对有情人在巴尔的摩市结婚，二人结婚之前就已经开始发表署名文章。
1929年7月底，陈克恢夫妇即驾车前往印第安纳州的印第安纳波利斯市，美国最大的药厂——礼来药厂就坐落在这里，陈克恢应邀担任礼来药厂药理研究部主任，此后就永久定居在美国。
从1929年开始至1963年，陈克恢担任礼来药厂药理研究部主任长达34年，直到65岁退休，可谓是为礼来药厂服务了一辈子。
而礼来药厂也为陈克恢夫妇提供了丰厚的待遇和工作，并向他作出承诺，陈克恢将享有完全的学术研究的，尤其是对中药的研究，研究资金充足，建立世界一流的实验室，以满足陈克恢所领导的研究部工作的需要。
从1937年起至1968年，陈克恢还兼任了印第安纳大学医学院药理学教授和印第安纳波利斯医院的医事顾问。
陈克恢将一生大部分时间都用于研究蟾蜍毒素，蟾蜍毒就是中药家族中的蟾酥，早在协和医学院工作期间，陈克恢就从药店买了大量的中药蟾酥，并从中药蟾酥中分离出了华蟾蜍精（Cinobugin）和华蟾蜍毒素（Cinobutoxin），他发现这两种成分都有洋地黄样的强心作用，临床实验证明，静脉注射1毫克能使室速减慢5个小时，与洋地黄毒甙比较，华蟾蜍精的作用时间持续较短，而且口服无效。
陈克恢到礼来药厂工作后，继续蟾蜍毒素的研究，时间长达40多年，他带领同仁从一万三千八百多只活蟾蜍的腮腺提炼出纯化物，发现蟾蜍毒素除含有洋地黄样强心甙之外，还发现含有地高辛、肾上腺素和强心苷等多种有效成分，并进行了大量构效关系的研究，发表了大量实验研究论文，丰富了世界药物化学宝库，并为其它药物的研究提供了宝贵的经验。
陈克恢一生研究过很多中草药，其中包括汉防己、元胡、吴茱萸、贝母、百部、夹竹桃和羊角拗等，二战时期，陈克恢发现中药常山的抗疟作用为奎宁的148倍，并从中提取了γ-Dichroine，但其副作用也很强，容易引起强烈和肝脏水肿性变性，虽未成药，却根据其实验结果，很快合成了上千种以上的衍生物和结构类似物。
二战后不久，陈克恢得到一些从缴获的美散痛（Me thadone）的样品，经过研究，肯定了它的镇痛作用，并在此基础上，合成并开发了丙氧芬（Propoxyphene），这种药的临床效果与可待因相当或稍差，但其成瘾性小，而且可与阿司匹林有协同作用，在医药市场上畅销了近20年，后来终因具有成瘾性而被列为麻醉镇痛药而加以使用。