W 1903 roku zamieszkała w Nowym Jorku oraz została rezydentką na oddziale pediatrycznym w szpitalu dziecięcym, po ślubie w 1906 roku tymczasowo zrezygnowała z kariery zawodowej. Od 1914 roku wykładała na University of Wisconsin-Madison oraz pisała biuletyny dla jednego z wydziałów tejże uczelni. Prowadziła także kursy korespondencyjne dla młodych matek oraz zajmowała się zbieraniem danych epidemiologicznych dotyczących zdrowia matek i dzieci. Z jej inicjatywy w 1915 roku w Madison powstała klinika dla niemowląt, która jednocześnie była pierwszą tego typu placówką medyczną w stanie Wisconsin, w następnych latach powstały cztery kolejne takie kliniki; dzięki temu w 1937 roku miasto Madison zostało uznane za mające najniższy wskaźnik śmiertelności niemowląt w całym kraju. W latach 1918–1919 Dorothy Reed Mendenhall uczestniczyła w programie ważenia i mierzenia dzieci poniżej 6. roku życia.
Po śmierci swojego męża w 1935 roku zakończyła karierę zawodową. Odbyła podróż po Ameryce Środkowej, następnie zamieszkała w Chester, gdzie zmarła w 1964 roku z powodu choroby serca.