Dulbecco plecat Caltech pentru Institutul Salk pentru Studii Biologice din La Jolla, California, în 1963. Acolo a anche Cercetările efectuate în virusuri tumorale animale. În 1972 a plecat în Statele Unite și a mers la Fondul de Cercetare a Cancerului Imperial din Londra, unde a continuat studiile in cancer. Dulbecco apoi a revenit în Statele Unite. De la 1977 la 1981 el a fost profesor la Universitatea din California Medical School, San Diego. Apoi, el a revenit la Institutul Salk din 1977. În 1986 el a Theproposed Proiectul genomului uman pentru a harta genomului intreaga și să identifice toate genele care alcătuiesc structura genomic uman.
El a fost ca președinte al Institutul Salk din 1989 până în 1992. În 1990 a devenit director al Grupului italian al Programului genomului uman la Consiliul National de Cercetare din Milano, Italia. Acolo a început mai mult de cercetare Realizat, în special în originea cancerului de san. În 2000, el a anunțat descoperirea genei responsabile de osteopetroză maligne, o boala ereditara fatala care afecteaza nou-nascuti.