Két évig dolgozott rezidensként különböző kórházakban, de végül nem a klinikumot, hanem a kutatást választotta. Bátyja, az állatorvosi végzettségű Hans Blobel ekkor már az amerikai [[Wisconsin-Madison Egyetem]]en tanított mikrobiológiát és Blobel 1962-ben az Egyesült Államokba utazott. Elvégezte abátyja Wisconsin-Madison Egyetemegyeteme doktori iskoláját, 1966-ban PhD fokozatot szerzett, majd a [[Rockefeller Egyetem]]en csatlakozott a leendő [[Nobel-díj]]as [[George Emil Palade|George Palade]] sejtbiológiai laboratóriumához. Palade a kezdetektől fogva részt vett a sejt belső struktúráinak felfedezésében és amikor Blobel megkezdte munkáját, ezeknek a struktúráknak a feladatait kutatták. Kutatási feladata a fehérjék sejten belüli transzportjának mikéntje volt. 1971-ben előállt egy elmélettel, miszerint a proteinek aminosavsorrendjében kell lennie egy olyan szignálnak, amit a sejt belső transzportmechanizmusai felismernek és attól függően viszik a [[sejtmag]]ba vagy más organellumokba, esetleg a [[Citoplazma|citoplazmába]]. 1975-ben sikerült kimutatnia ezeknek a szignáloknak a létét. Munkatársaival együtt felfedezte a transzportfolyamat molekuláris mechanizmusát és felismerte, hogy az állatokban, növényekben és gombákban nagyon hasonlóan működnek.
1987-ben amerikai állampolgárságot kapott. 1986-ban laboratóriumában felfedezték a sejtmag pórusainak első alkotóelemét, amelyet [[nukleoporin]]nak neveztek el. A későbbiekben sikerült azonosítaniuk több citoplazma-sejtmag transzportért felelős proteint, valamint azok kötőhelyét a póruson.
