I 1927 giftet hun seg med Thomas Jackson Lonsdale. De flyttet til Leeds, der hun fikk en stilling ved universitetet, men hun holdt kontakten med Bragg. Fra 1929 til 1934 var hun hjemmeværende husmor med små barn, men arbeidet videre med sine matematiske beregninger på egen hånd. I 1934 flyttet familien tilbake til London, og Kathleen Lonsdale ble på nytt forsker i teamet til Bragg.