Przez kolejny rok (od 1957 do 1958 roku) Kalman pracował jako inżynier w laboratoriach badawczych firmy IBM w Poughkeepsie (New York). W okresie tym wykonał ważne prace dotyczące projektowania liniowych, cyfrowych systemów sterowania z wykorzystaniem kwadratowego kryterium jakości sterowania oraz zastosowania teorii Lapunowa do analizy i projektowania systemów sterowania. Przewidział już wówczas, że komputery cyfrowe staną się ważne przy sterowaniu systemami dużej skali.
Od 1958 roku przez sześć lat pracował w Research Institute for Advanced Study w Baltimore – centrum badawczym firmy Glenn L. Martin, gdzie kontynuował prace badawcze z zakresu matematyki rozpoczęte przez Solomona Lefschetza. Z czasem został tam promowany na stanowisko dyrektora badań (Associate Director of Research).
W 1964 roku Kalman przeszedł na Stanford University, gdzie był związany z wydziałami elektrycznym, mechanicznym i badań operacyjnych.
W 1971 roku mianowany został profesorem na University of Florida (Gainesville, Florida). Został dyrektorem Centrum Teorii Systemów Matematycznych (Center for Mathematical System Theory) gdzie jego działalność dydaktyczna dotyczyła inżynierii elektrycznej, inżynierii przemysłowej i matematyki.