Taip pat 1934 Payne vedęs Rusijos gimęs Harvardo astronomas ir astrofizikas Sergejus Gaposchkin. Jie dirbo kartu nuo daugelio kintamųjų žvaigždžių projektus.
Payne-Gaposchkin darbas Harvardo koledžo observatorija liko neoficiali ir nepripažintas. Nė vienas iš kursų ji mokė Harvarde buvo įtraukta į katalogą 1945 iki Be to, ji pamatė, kaip moterys padarė grunt darbą savo srityje. Gale kambarių observatorijos, moterys darbavosi per skaičiavimų, reikalingų įvertinti žvaigždučių vietas ir kitų mokslininkų rezultatais katalogas apimtis. Kai kurie iš jų pradėjo su dideliu mokslo talentą, bet buvo varžoma jų pastangas. Jie gali prarasti savo darbo vietas, jei jie susituokę ar jie skundėsi savo mažų atlyginimų. 1938 Payne-Gaposchkin buvo suteiktas Phillips astronomas titulą.
Po Antrojo pasaulinio karo (1939-1945), naujas direktorius perėmė observatorija. Galiausiai, 1956 metais, po 31 metų laukimo, Payne-Gaposchkin gavo etatiniu profesoriumi astronomijos Harvarde, tokioje padėtyje, ji vyks iki 1966. Ji buvo pirmoji moteris tapo visiškai etatiniu profesoriumi Harvardo titulą. Tuo pačiu metu, ji tapo pirmąja moterimi skyrius kėdė, klasifikuojamų Harvardo departamento Astronomija nuo 1956 iki 1960 jos pačios kovų kaip toje srityje dominuoja vyrai moteris padėjo Payne-Gaposchkin tapti rėmė jaunų moterų studentams.
Payne-Gaposchkin pasiekimus ir astronomija buvo daug. Ji atrado cheminę sudėtį žvaigždžių. Visų pirma, ji atrado, kad vandenilis ir helis yra gausiausi elementai ir žvaigždžių. Todėl visatoje. Ji taip pat nustato žvaigždžių temperatūrą. Ji išmoko šių dalykų išsamų tyrimą ir analizę aukštos švytėjimas žvaigždžių spektrų (Astronomai naudoti terminas šviesumas už energijos kiekio žvaigždė skleidžia.) Tai apėmė analizuodami šviesą nuo žvaigždžių tolimų galaktikų, praleidžiant jį pro prizmę
