nusunda oldukça etkili oldu.

1941’de Mayall, Arthur Wyse ve Lawrence Aller ile birlikte yakın galaksilerdeki dönme hareketini çalıştı ve gözlemlenmesi gereken sönük çok fazla madde olduğunu keşfetti, fakat bu maddeler ancak yer çekimi etkisiyle bulunabilirdi. 1942’ye kadar yaklaşık üç yılını 50 adet Samanyolu küresel kümesini araştırarak harcadı ve Samanyolu’nun önceden varsayılan kütlesinin gerçekte yarısına sahip olduğunu buldu.

Mayall Lick Gözlemevi’ndeyken, evrenin başlangıcına dair Big Bang Teorisi üzerine Mount Palomar ve Mounr Wilson’da 20 yıllık bir projede astronomlarla birlikte çalıştı. Milton L. Humason ve Allan R. Sandage ile birlikte 1956’da evrenin 6 milyar yaşında olduğu (önceki tahminlerin üç katı ve günümüz değerinin yaklaşık yarısı kadar) ve düşünüldüğünden üç kat daha büyük olduğu sonucuna vardığı bir makale yazdı.

Amerika Birleşik Devletleri 2. Dünya Savaşı’na girdikten sonra, Mayall radar geliştirici üzerine çalışmak için Cambridge, Massachusetts’de MIT’nin Radyasyon Laboratuvarı’nda bir pozisyonu kabul etti. 1942’nin başlarında Cambridge’de çalışmaya başladı, bu zaman onun olgunluk çağında Kaliforniya ve Arizona dışında oturduğu tek dönemdi. Ancak, Massachusetts’ın iklimi kendisinin ve ailesinin alışkın olduğu Kaliforniya iklimine benzemiyordu ve 1943’ün ortalarında Pasadena Mt. Wilson Gözlemevi ofisine naklini ayarladı. Birçok Bilimsel Araştırma ve Geliştirme Ofisi (OSRD) projesi, savaş zamanı orada zaten gelişmekte olan optik bilimi, hava nişancılığı ve bomba teknikleriyle ilgiliydi. Projesinin idaresinden memnun olmayan ve yeteneklerinin tam olarak kullanılmadığını hisseden Mayall, 1944 Şubat’ında büyük roketlerin geliştirilmesi üzerine çalışmak için tekrar Caltech’e gitti. Burada roket yörüngelerinin analizinde kullanılan yüksek hızlı fotoğrafçılık üzerine uzman oldu. 1945’in ilkbaharında, yüksek hızlı fotoğrafçılık gerektiren gizli atom bombası projesine transfer edildi. Mayall Los Alamos’u biri Trinity test zamanı civarında olmak üzere toplam iki kere ziyaret etti. 1 Ekim 1945’te savaş sona erdi ve Mayall Lick’teki astronomi araştırmalarına geri döndü.

2. Dünya Savaşı boyunca Mayall, Lick Gözlemevi’nin geleceğini önemli bir biçimde etkiledi. 1931’den beri iki yıl Mount Wilson’da asistanlık yaptıktan sonra Lick ve Berkeley’e geri döndüğünde Mount Hamilton’un daha büyük bir teleskopa ihtiyacı olduğunu hissetti. Lick’teki astronomlar 36 inçlik (0.91m) Crossley yansıtıcısı ile önemli sonuçlar elde edebilmelerinden gurur duyuyorlardı. Bu teleskopun boyutunun küçüklüğü, Mount Wilson’ın 60 inçlik (1.5 m) teleskopunun ilk ışığı görmesiyle 1908’de ortaya çıktı. Bu durum 72 inçlik (1.8 m) teleskopa sahip Dominion Astrofizik Gözlemevi’nin 1917’de açılmasıyla ve 1919’daki Mount Wilson’ın sahip olduğu 100 inçlik (2.5 m) Hooker teleskopuyla vurgulanmış oldu. Mayall küçük Crossley ile çalışmakta ustaydı, fakat ışık miktarını dokuz kat daha fazla toplayan teleskopla yarışmanın anlamsız olduğunu biliyordu. Bu durum Palomar Gözlemevi’nde 200 inçlik (5.1 m) Hale teleskopunun tamamlanmasıyla daha da kötüye gidiyordu. Lick’te Mayall ve diğer fakülte gençleri Moore ve Wright gibi fakültenin eskilerinin küçük teleskoplara çok bağlı olduğunu ve daha büyük bir yansıtıcı elde etmek için daha güçlü bir şekilde deneme yapmaları gerektiğini düşündüler.

Mayall’ın haberi olmadan, Lick gözlemevi yöneticisi William H. Wright ve ondan evvelki Robert G. Aitken, 36 inçlik (0.91 m) Crossley yansıtıcısını daha büyük bir yansıtıcı ile yenilemek için gizlilik içinde para toplamayı denediler. Hem tüm özel kaynakları hem de Kaliforniya Üniversitesi rektörü Robert G. Aitken’i bütçe sağlaması için denediler. Birçok girişime rağmen, Büyük Buhran sebebiyle başarısız oldular. Ancak 1942’de Sproul Mt. Wilson’dan Paul W. Merrill’e Wright’ın yerine geçmesini teklif etti, ama bu teklif kabul edilmedi. Red cevabı ile sarsılan Sproul tutumunu değiştirdi ve vekillere savaş sonra erdiğinde yeni bir teleskop için para bulma yolları arayacağını söyledi. Bu zamanlarda, Sproul savaş sona erdiğinde söz verdiği C. Donald Shane’ı Lick’in yöneticisi olarak gizli bir şekilde atadı.[40]

Daha büyük bir teleskop için yapılan plan, üniversitenin bütçe tekliflerinin yapıldığı 1944 Eylül ayı civarlarında sızdırıldı. Wright ve geçici savaş dönemi yöneticisi Joseph H. Moore Sproul tarafından bütçede teklif edilen ödeneklere bağlı olarak 85 inçlik (2.2 m) ve 90 inçlik (2.3 m) yansıtıcı tasarladılar. Mayall ve Gerald E. Kron, genç Lick personelini de dahil ederek Sproul’a ne tür bir teleskop tasarlamaları gerektiğini tartışmak amacıyla bir toplantı düzenleme isteğini içeren mektup gönderdi. Aralık 1944’te Sproul’un Los Angeles’taki ofisinde buluştular. Mayall 90 inç (2.3 m)i aşmayan bir teleskop ihtiyacından bahsetti. Pasadena’da Caltech optik mağazasında neredeyse tamamlanmış 120 inçlik (3.0 m) Pyrex cam diskleri görmüştü. Bu diskler daha önce 200 inçlik (5.1 m) Palomar aynasının[41] oto hizalama testinde kullanılmak amacıyla planlanmıştı ve bu boyutta aynalı bir Lick teleskopuna sahip olunması gerektiği konusunda Sproul uyarmıştı. Sürpriz bir şekilde bu düşünceye Sproul katılıyordu.

Shane 1945’in başında yeni bir yansıtıcı planlamak amacıyla Sproul tarafından oluşturulan komitenin başkanı oldu. Diğer komite üyeleri Mayall, Moore, Walter S. Adams ve Ira S. Bowen idi. Komite öncelikle yazışma yoluna gitti. Mayall’ın Shane’i 90 inçlik (2.3 m) teleskop yerine 120 inçlik (3.0 m) teleskop için ikna etmeye çalışması makuldu. Mayall, Pasadena’da hem teleskop tasarımı konusunda deneyimli olanlar hem de üniversite yöneticisi ve aynı zamanda profesörü olan Shane arasında bir bağlantı kurmaya çalıştı. 200 inçlik (5.1 m) projede Adams ve idari personelden, John August Anderson, Lick tasarım komitesiyle birlikte deneyimlerini, çizimlerini ve planlarını paylaştı. 6 Mart 1945’te Mayall ve Shane’in olduğu komite 120 inçlik (3.0 m) C. Donal Shane teleskopu için temel parametrelere karar verdi. 7 Mart’ta, Mt. Hamilton’da yansıtıcının nereye inşa edileceğini seçmek için Mayall; Shane, Wright ve Moore’a (6 Mart toplantısında yoktu) katıldı.

120 inçlik (3.0 m) teleskop binasının inşasındaki uzun süreç boyunca, Mayall Lick’in 36 inçlik (0.91 m) Crossley Yansıtıcı’sını kullanmayı sürdürdü ve yarıksız spektrografını yararlı hale getirmeye odaklandı. Spektrograf genişletilmiş, düşük yüzey parlaklığına sahip kümeler, galaksiler ve nebulalar için en uygun hale gelmişti. 1946’da savaş öncesi denemelerden küresel kümelerin birleşik spektrumları çalışmasını tamamladı ve yayınladı. Makalesi Samanyolu küresel kümeler sistemini gösteren bir anahtar çalışmaydı ve bu çalışma sadece yıldızlararası maddenin düzleştirilmiş diskinde bulunan galaktik dönme hareketini paylaşıyordu. [43][44][45] 1948’de Mayall diğer araştırmalarını yürütürken şans eseri tip 2 süpernovayı keşfetti.

Mayall, Milton Humason ile tüm kuzey galaksilerinin +13 görsel boyutundan daha parlak kızıla kayan değerleri topladıkları 20 yıllık ortak bir çalışmayı (Hubble tarafından 1935’de formülleştirildi) içeren bir projeye dahildi. Humason 100 inçlik Mount Wilson’ı (2.5 m) kullanarak sönük galaksileri ele alırken, Mayall Crossley’deki parlak galaksilerle uğraştı. 1956’daki bu çalışma, Mayall’ın Humason ve Allan Sandage ile ortak olarak evrenin genişleme hızı üzerine yazdıkları makaleyle sonuçlandı. Bu makale Lick, Wilson ve Palomar’da 1935’ten 1955’e ölçülen galaksiler için 800’ün (300’ü Mayall tarafından belirlenmiş) üzerinde kırmızıya kayan değerleri listeliyordu.

Mayall Lick’te Andromeda ve Triangulum galaksilerinin dönme hareketi gibi galaktik dinamikler üzerine de çalıştı. Bu çalışmasını 23 Haziran 1950’de Ann Arbor’da Michigan Üniversite’sinde Samanyolu’nun yapısıyla ilgili konular içeren bir sempozyumda sundu. Bu çalışma iç katı cismin dönmesini ve dış Kepler hareketini göstermekteydi. 1953’te O. J. Eggen ve Mayall, Hubble tarafından 1948’de sağlanan 48 inçlik Palomar schmidt levhasıyla açığa çıkan Andromeda galaksisi etrafındaki altı küresel kümeyi (Mayall II’yi içeren) belirledi.

Gerry Kron, 36 inçlik (0.91 m) teleskopu kullanarak +17 görsel büyüklüğe ulaşabilen Mayall’ın gözlerinin hassaslığına şaşırıp kaldı. [17] Mayall’ın görüş yeteneği daha sonra okuma yetisini kaybetmesiyle kötüleşti.

120 inçlik (3.0 m) yeni teleskop 1960’ların başında kullanıma hazırdı. Mayall, aynı yılın Eylül ayında Lick’ten ayrılmasına rağmen hemen onu kullanmaya, başladı.

Mayall Kaliforniya Üniversitesi’nden (25 yıldan fazla bir zamandan sonra öğrencilikten astronomluğa geçtiği) Kitt Peak Ulusal Gözlemevi’nin (KPNO) ikinci yöneticisi olmak üzere ayrıldı. Ulusal Bilim Kurumu’ndan aldığı destekle birçok üniversitede konsorsiyum – Astronomi Araştırması için Üniversite Birliği (AURA) - oluşturdu. Amacı Amerikalı astronomlar için araştırma yapan bir gözlemevi oluşturmak ve onu geliştirmekti. İlk yönetici, 7000 adımlık (2100 m) Kitt Peak’te Tucson yakınlarındaki alanı seçen Aden B. Meinel idi ve 1960’ın ilkbaharında tamamlanan 84 inçlik yansıtıcısı olan ilk teleskopun binasını denetlemişti.
Ancak AURA kurulu Meinel’in görev için uygun olmadığına karar verdi ve Mayall’ın daha önce hiçbir idari deneyimi olmamasına rağmen 1 Ekim 1960’da görevin ona devredilmesine karar verdi. Mayall, 120 inçlik Lick teleskopunun planlanmasındaki deneyiminden ötürü daha önce AURA’ya danışman olarak atanmıştı. Kaliforniya Üniversite’sini temsil eden kurul başkanı Shane, Mayall’ın bu teklifi kabul etmesi konusunda onu ikna etmeye çalıştı.

Yönetici görevindeki Mayall, 4 metrelik Kitt Peak yansıtıcı binasını denetledi. 1971’de emekli olduğunda bu bina hala inşa ediliyordu, 1973’te, tamamlandı ve Mayall’ın onuruna Nicholas U. Mayall teleskopu olarak adlandırıldı. Mayall, sonunda Cerro Tololo Interamerican Gözlemevi (CTIO) olan güney yarımküredeki Ulusal Gözlemevi’nin büyümesine yakından dahil oldu. CTIO’daki 4 metrelik Victor M. Blanco teleskopu (Kitt Peak’teki Mayall teleskobundan farksız) 1974’te ilk ışığı gördü ve 1976’da tamamlandı.

Mayall 1971’de 65 y