בשובו לעבודה במחקר במעבדת קוונדיש קיבל מרתרפורד נושא למחקר חדש. רתרפורד גילה שגרעין אטום החנקן יכול להתפרק אם יורים חלקיקי אלפא מהירים לתוך חנקן. הוא ביקש מבלקט להשתמש בתא ערפל על מנת למצוא עקבות נראים להתפרקות זו. בלקט עסק במשך כמה שנים בשיפור המכשיר למרות שרתרפורד חסר הסבלנות דרש לקבל תוצאות מהר. עד 1924 צילם בלקט 24,000 תמונות שבהן נראו 415,000 מסלולים של חלקיקים מיוננים. שמונה מתוכם התפצלו, מה שהראה שהמפגש בין אטום החנקן לחלקיק אלפא יצר אטום של פלואור, שהתפרק לאיזוטופ של חמצן ולפרוטון. עבודה זו פרסמה לראשונה את בלקט, שהיה אז בן 27.
ב-1932 עבד בלקט במעבדת קוונדיש עם הפיזיקאי האיטלקי ג'וזפה אוקיאליני (Giuseppe Occhialini). הוא פיתח שיטה המתבססת על שימוש במונה גייגר לפיה בוצעו צילומים בתא הערפל רק כשחלקיק של קרינה קוסמית עבר דרך התא. הם מצאו 500 עקבות של חלקיקים של קרינה קוסמית ב-700 תצלומים אוטומטיים. ב-1933 גילה בלקט ארבע עשרה עקבות שאוששו את קיומו של הפוזיטרון וגילה את העקבות הסליליות של יצירת זוג פוזיטרון/אלקטרון. קיומו של הפוזיטרון נחזה על ידי משוואת דיראק שפורסמה בשנת 1928 על ידי פול דיראק, אם כי דיראק עצמו לא הגיע למסקנה זו באופן ישיר. אבל את התהילה על גילוי הפוזיטרון קטף קארל דייוויד אנדרסון מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה, שגילה את הפוזיטרון בניסוי בשנת 1932 באותה דרך ואף קיבל על הגילוי את פרס נובל לפיזיקה ב-1936, יחד עם ויקטור הס בגין גילוי הקרינה הקוסמית. אבל בעוד שאנדרסון טען בתחילה כי יצירת החלקיק היא מאורע נדיר, קשרו בלקט ואוקיאליני את האנטי-אלקטרון למשוואת דיראק, תובנה תאורטית שעליה אנדרסון לא חשב. עבודה זו של בלקט ועבודה נוספת שלו על איון גרמה לו להיות אחד המומחים הבולטים בתחום האנטי-חומר. למרות זאת חווה בלקט אכזבה הן מכך שלא קיבל את פרס נובל והן מהגישה הקרירה של רתרפורד לגילוי הפוזיטרון. רתרפורד אמר לבלקט שהוא היה מעדיף לגלות את הפוזיטרון כתוצאה מהתפרקות רדיואקטיבית ולא מקרינה קוסמית. יותר מכך, רתרפורד דרש מבלקט לעסוק יותר בהוראה ופחות בניסויים.
ב-1933 עזב בלקט את מעבדת קוונדיש והצטרף למכללת בירקבק באוניברסיטת לונדון שם היה אחראי על מחלקת הפיזיקה והמעבדה. באותה שנה התקבל כחבר בחברה המלכותית. בלקט שהה במוסד ארבע שנים ואז עבר ב-1937 לאוניברסיטת ויקטוריה של מנצ'סטר שם החליף את ויליאם לורנס בראג כפרופסור לפיזיקה על שם לנגוורת'י, משרה שרתרפורד החזיק בה קודם לבראג. בלקט הקים באוניברסיטה מעבדת מחקר בינלאומית גדולה. כיום קרויים על שמו באוניברסיטה, שני אולמות: Blackett Memorial Hall ו-Blackett lecture theatre.
מלחמת העולם השנייה.
ב-1935 זימן פרופסור הנרי טיזארד (Henry Tizard) יושב ראש ועדת המחקר האווירונאוטית (Aeronautical Research Committee) את בלקט להצטרף לוועדה. הוועדה הייתה מוסד המסונף למשרד האווירייה, שנועד לקדם את המחקר בתחום האווירונאוטיקה. הוועדה עסקה באותה תקופה בשימוש בקרני רדיו (מכ"ם) כאמצעי נ"מ, והצליחה לשכנע את הממשל להשקיע בנושא. בניגוד לרבים מחבריו בשמאל שהיו בעלי דעות פציפיסטיות מוצקות באמצעות שנות ה-30, בלקט לא היה פציפיסט.
בתחילת מלחמת העולם השנייה שירת בלקט בוועדות שונות. הוא נתבקש על ידי מוסד המחקר של חיל האוויר המלכותי (Royal Aircraft Establishment) בשדה התעופה פארנבורו לעזור בתכנון כוונת הפצצה חדשה למפציצים של חיל האוויר. והכוונת החדשה, שכונתה Mark XIV bomb sight, אפשרה לבצע את שחרור הפצצות בלי הצורך לבצע יעף מקדים, וקיבלה את הכינוי הבלתי רשמי "כוונת בלקט". בשנים 1940–1941 השתתף בלקט בוועדת מוד (MAUD Committee), ראשי התיבות של ועדה זו שנויים במחלוקת, ואחת ההצעות הייתה "יישום צבאי של פיצוץ אורניום" (Military Application of Uranium Detonation). הוועדה הגיעה למסקנה כי בניית פצצת אטום אפשרית. בלקט היה חלוק על מסקנות הוועדה שבריטניה תהיה מסוגלת לייצר פצצת אטום עד 1943 והמליץ לדון על הפרויקט עם האמריקנים.
ב-1940 קיבל את המדליה המלכותית של החברה המלכותית בגין "מחקריו בקרניים הקוסמיות וממטרי החלקיקים שהם מייצרים, ובעבור חלקו בגילוי האלקטרון החיובי, עבור עבודתו על המזונים והישגים ניסיוניים נוספים".
באוגוסט 1940 מונה בלקט יועץ מדעי של לוטננט גנרל פרדריק פייל (Frederick Pile; 1976-1884), מפקד פיקוד הנ"מ (Anti-Aircraft Command) והחל את העבודה שתוצאתה שדה המחקר הידוע כחקר ביצועים. בלקט עמד בראש קבוצה במסגרת פיקוד החוף (Coastal Command) שחישבה מחדש את העומק שבו צריכות להתפוצץ פצצות עומק נגד צוללות.
בלקט היה מנהל מחקר ביצועים (Director of Operational Research) באדמירליות מ-1942 עד 1945. בתפקידו זה עמד בראש קבוצה ששיפרה את השימוש במכ"ם אווירי לאיתור צוללות גרמניות שהטביעו אניות באוקיינוס האטלנטי, ועבודתו זו שיפרה את סיכוי השרידות של שיירות האניות בקיץ 1943 ותרמה בכך לאפשרות להעביר בבטחה יחסית חיילים וציוד מארצות הברית לבריטניה כהכנה לפלישה לנורמנדי. בלקט הציע המלצות שהיו בניגוד לאינטואיציה, אבל נכונות, לגבי חיפוי המטוסים בשריון והשיג הישגים רבים נוספים. מטרתו, כך אמר, היא למצוא מספרים שיהוו את הבסיס לאסטרטגיה, במקום הסתמכות על משבי רוח של רגשנות.
במהלך המלחמה הוא ביקר את ההנחות בבסיס ההצעה של לורד צ'רוול (Lord Cherwell), היועץ המדעי של וינסטון צ'רצ'יל, להרוס בהפצצות אוויריות את בתי המגורים בערים הראשיות בגרמניה, הצעה שכונתה באנגלית dehousing. צ'רוול, תואר האצולה שקיבל פרופסור פרדריק לינדמן (Frederick Alexander Lindemann), טען שהמפציצים שיש ברשות חיל האוויר ואלו שייוצרו עד אמצע 1943 יגרמו לשליש מהאוכלוסייה העירונית של גרמניה להפוך לחסרי בית, תוך פגיעה קשה במורל. בלקט צידד בפרופסור טיזארד שטען שיש להשקיע פחות משאבים בחיל האוויר ויותר בזרועות היבשה והים. הוא טען שהערכות של צ'רוול לגבי כמות המפציצים שיוכלו לפעול נגד גרמניה גדולות לפחות פי שישה מהכמות שניתן לייצר ולהכשיר. למרות ההתנגדות של טיזארד ובלקט קיבל וינסטון צ'רצ'יל את ההמלצה של צ'רוול. בדיעבד התברר כי להערכות האופטימיות של צ'רוול לא היה כל יסוד במציאות. ב-1948, אחרי המלחמה, תקף בלקט בפומבי את ההחלטה הבלתי מוסרית לדעתו של ההפצצות המסיביות על ערי גרמניה שהתבררו כבלתי אפקטיביות.
בראשית 1945, לקראת סוף המלחמה, צורף בלקט, יחד עם היועצים המדעיים האחרים של זרועות הצבא, לתת-ועדה בראשות הנרי טיזארד המסונפת ל"ועדת הלוחמה הטכנולוגית המשותפת" או בקיצור JWTC (ראשי תיבות של Joint Technical Warfare Committee). מטרת הוועדה הייתה "לסקור ולחזות פיתוחים של כלי נשק ושיטות לחימה עתידיות". איש מבין החברים בוועדה לא היה שותף סוד לפרויקט מנהטן (פיתוח פצצת האטום), אבל כיוון שבין החברים בוועדה היו פיזיקאים שרבים מחבריהם עבדו בפרויקט תחת מעטה חשאיות, ניחשו חברי הוועדה במה דברים אמורים. בדו"ח הראשון שלהם מ-16 ביוני 1945 (חודשיים לפני הטלת הפצצה על הירושימה) הניחו החברים בוועדה כי קיומו של נשק גרעיני הוא עובדה והתייחסו לסכנותיו. הדו"ח גם ניבא את המצאת מטוס הסילון העל-קולי, צוללות מונעות בכוח גרעיני, טילים וטורפדו בעלי מערכת הנחיה ופצצות שיתבייתו על קרינת מכ"ם. הדו"ח נגנז מיד בשל ההתייחסות לנשק הגרעיני.
מחקרים אחרי המלחמה.
עם סיום המלחמה חזר בלקט לניהול מחלקת הפיזיקה באוניברסיטת מנצ'סטר, ולמחקרים באמצעות תא ערפל. בהנחייתו גילו ג'ורג' רוצ'סטר (George Rochester) וקליפורד באטלר (Clifford Butler) את החלקיק שקיבל את הכינוי קאון.
ב-1947 הציע תאוריה על פיה השדה המגנטי של כדור הארץ הוא פונקציה של סיבוב כדור הארץ על צירו, בתקווה שתאוריה זו תביא לאיחוד בין הכוח האלקטרומגנטי לכוח הכבידה. במשך כמה שנים עסק בפיתוח מגנטומטרים מדויקים על למנת לבחון את התאוריה שלו, ומצא לבסוף שהיא שגויה. עם זאת, עבודתו בנושא זה הובילה אותו לתחום הגאופיזיקה, בו עזר בסופו של דבר לנתח מידע על פלאומגנטיזם וסייע לספק עדות מוצקה לתופעת נדידת היבשות.
ב-1948 הוענק לו פרס נובל לפיזיקה, בשל מחקריו על הקרינה הקוסמית תוך שימוש בהמצאתו - תא ערפל הנשלט על ידי מונה גייגר.
בלקט מונה לנהל את מחלקת הפיזיקה של אימפריאל קולג' בלונדון ב-1953, שם עסק בעיקר במגנטיות של סלעים ובפלאומגנטיזם. בהנהגתו גדלה המחלקה מאוד וב-1960 עברה למבנה חדש. בלקט פרש מהמחלקה ביולי 1963. בניין מחלקת הפיזיקה הנוכחי של אימפריאל קולג' קרוי "מעבדת בלקט".
בין השנים 1965 ל-1970 שימש נשיא החברה המלכותית.
פוליטיקה.
עוד כשהיה סטודנט לתואר ראשון בקיימברידג' התחבר בלקט עם קינגסלי מרטין (Kingsley Martin; 1969-1897), שאחר-כך היה לעורך של השבועון השמאלני "ניו סטייסטמן" במשך שנים רבות. מרטין השפיע על דעותיו הפוליטיות ובלקט הצהיר על היותו סוציאליסט, ולעיתים קרובות פעל למען מפלגת הלייבור. בלקט תמך בגישה של כמה מדענים בולטים שכונתה בבריטניה ברנליזם (Bernalism) על שם ג'ון דזמונד ברנל, פיזיקאי וקריסטלוגרף שהיה מרקסיסט וקומוניסט בדעותיו הפוליטיות. קבוצה זו תמכה ללא סייג בברית המועצות בשנות ה-30 גם לנוכח דיווחים על הרעבה המונית והוצאות להורג במסגרת משטר סטלין. יחד עם זאת, בניגוד לרוב חברי קבוצה זו, בלקט לא היה קומוניסט ולא היה פציפיסט וכבר ב-1935 סייע בתכנון מכ"ם כנגד מטוסים.