科毕业后因成绩优异，被谈家桢选为讲师，留校任教（当时同为谈家桢助教的还有刘祖洞和项维）。徐道觉并在谈家桢指导下攻读遗传学研究生课程，获得理学硕士学位。1948年，徐道觉赴美国留学。1951年，徐道觉获得美国德克萨斯州大学奥斯汀分校（亦称：德州大学）哲学博士学位。20世纪50年代早期，徐道觉在德州大学医学院（加尔维斯敦市；英文：）从事博士后研究工作，曾师从查尔斯·伯梅瑞特（Charles Pomerat）。1953年，徐道觉被聘为德州大学奥斯汀分校的助理教授（）。1955年，徐道觉成为德州大学安德森医院和