Ved NCI befattet han seg med leukemi hos barn (akutt lymfatisk leukemi). Ved innføring av transfusjon av blodplater løste han først problemet med at mange pasienter blødde ut. Så vendte han oppmerksomheten mot kjemoterapien og eksperimenterte med kombinasjonspreparater av kjemoterapeutika, inspirert av hvordan dette virket ved tuberkulose. Sammen med Emil Frei III og James F. Holland registrerte han remisjonsuksesser og publiserte i 1965 sammen med Frei en sammenfattende studie. Han ble til sist og leder for leukemitjenesten ved NCI.