Payne-Gaposchkin forble vitenskapelig aktiv gjennom hele livet og tilbrakte hele sin akademiske karriere ved Harvard. Da hun begynte, ble kvinner utestengt fra å bli professor ved Harvard, så hun brukte år på å gjøre mindre prestisjefylte, lavtlønnede forskningsjobber. Likevel resulterte arbeidet hennes i flere publiserte bøker, inkludert The Stars of High Luminosity (1930), Variable Stars (1938) og Variable Stars and Galactic Structure (1954). Shapley hadde anstrengt seg for å forbedre sin stilling, og i 1938 fikk hun tittelen "Astronom." På Paynes forespørsel ble tittelen senere endret til Phillips Astronomer. Hun ble valgt til stipendiat i American Academy of Arts and Sciences i 1943. Kursene hennes ble ikke registrert i Harvard University-katalogen før i 1945.