Ved universitetet i Chicago møtte hun Fremont Ellis Kelsey og de to giftet seg i 1943. Paret fikk to døtre. Universitetets politikk om at familiemedlemmer ikke kunne arbeide ved samme institutt gjorde at hun begynte på medisinstudier. I 1950 ble Kelsey ferdig utdannet lege med graden Doctor of Medicine (M.D.).