Feynman chính thức giữ vị trí phó giáo sư (assistant professor) vật lý tại đại học Wisconsin–Madison, nhưng không được trả lương trong thời gian ông rời đi tham gia vào dự án Manhattan.[73] Năm 1945, ông nhận được thư từ hiệu trưởng Mark Ingraham của trường College of Letters and Science đề nghị ông quay trở lại trường để giảng dạy trong niên khóa tiếp theo. Vị trí chính thức của ông không được gia hạn khi ông không cam kết quay trở lại. Trong một buổi nói chuyện vài năm sau đó, Feynman nói một cách châm biếm rằng, "Thật tuyệt khi quay trở lại một trường đại học duy nhất từng có lý do hợp lý cho tôi nghỉ."[74]

Ngay từ ngày 30 tháng 10 năm 1943, Bethe đã viết thư đến trưởng khoa vật lý của trường ông công tác, đại học Cornell, nhằm đưa ra khuyến nghị rằng nên mời Feynman về công tác. Ngày 28 tháng 2 năm 1944, lời đề nghị này đã được Robert Bacher,[75] cũng từ Cornell[76] và là một trong những nhà khoa học cao cấp tại Los Alamos, chấp nhận.[77] Dựa trên điều này, trường Cornell đã chính thức gửi lời mời vào tháng 8 năm 1944 mà Feynman đã chấp nhận. Oppenheimer cũng từng hi vọng gọi Feynman về công tác tại đại học California, nhưng trưởng khoa vật lý ở đây, Raymond T. Birge, lại không sẵn lòng mời gọi. Cuối cùng, ông đưa ra một lời đề nghị đến Feynman trong tháng 5 năm 1945, nhưng Feynman đã từ chối. Trường Cornell đã đáp ứng yêu cầu của ông, với mức lương đề nghị $3.900 trong mỗi năm.[75] Feynman là một trong những trưởng nhóm đầu tiên ở phòng thí nghiệm Los Alamos Laboratory rời đi, ông đến Ithaca, New York, tháng 10 năm 1945.[78]

Vì Feynman không còn làm việc cho phòng thí nghiệm Los Alamos, ông không còn được miễn nghĩa vụ tòng quân và bị Lục quân gọi tham gia vào cuối năm 1946. Tuy nhiên, ông đã không phải tham gia, bởi vì các câu trả lời của ông trong bài kiểm tra tâm lý bị hiểu nhầm là ông có trạng thái thần kinh không bình thường, và Lục quân xếp ông vào diện miễn trừ 4-F dựa trên sức khỏe tâm lý.[79][80]

Bố của Feynman đột ngột qua đời vào 8 tháng 10 năm 1946, và Feynman đã trải qua sự suy sụp tinh thần.[81] Ngày 17 tháng 10 năm 1946, ông viết một lá thư đến Arline, thể hiện tình yêu sâu sắc và nỗi đau buồn của ông. Lá thư được niêm phong và chỉ được mở sau khi ông qua đời. "Xin tha lỗi vì lá thư không được gửi đi," trong lời kết của lá thư, "bởi anh không biết địa chỉ mới của em."[82] Không thể tập trung vào các vấn đề nghiên cứu, Feynman bắt đầu giải quyết các vấn đề trong vật lý, không phải vì thực tiễn, mà để tự thỏa mãn bản thân.[81] Một trong những vấn đề là phân tích vật lý của vật thể xoay tròn, như một cái đĩa xoay chương động khi nó chuyển động trong không khí, ông lấy cảm hứng vấn đề từ một tai nạn trong quán cà phê ở Cornell khi người bồi bàn ném một đĩa thức ăn lên không trung.[83] Ông cũng đọc các tác phẩm của Sir William Rowan Hamilton về quaternion, và đã thử áp dụng khái niệm này trong thuyết tương đối tính của electron nhưng không thành công. Các nghiên cứu của ông trong giai đoạn này, mà sử dụng các phương trình quay để biểu diễn nhiều vật thể quay với tốc độ khác nhau, mà cuối cùng trở thành một công cụ quan trọng cho công trình mang lại giải Nobel Vật lý sau này, bởi ông đang trong tâm trạng buồn chán và chuyển sự chú ý của mình đến những vấn đề ít có tác động thực tiễn ngay lập tức, ông đã ngạc nhiên khi nhận được lời mời về làm giáo sư tại các trường nổi tiếng, bao gồm viện Nghiên cứu Cao cấp Princeton, đại học California tại Los Angeles, và đại học California tại Berkeley.[81]

Feynman không phải là nhà vật lý lý thuyết duy nhất nhận thất bại trong những năm đầu hậu thế chiến. Thuyết điện động lực học lượng tử (QED) đang gặp phải vấn đề các tích phân cho kết quả vô hạn trong lý thuyết nhiễu loạn (perturbation theory). Rõ ràng có những khiếm khuyết toán học trong thuyết QED, mà Feynman và Wheeler đã cố gắng nghiên cứu vượt qua không thành công.[84] "Các nhà lý thuyết", như ghi chú bởi Murray Gell-Mann, "đang trong sự hổ thẹn."[85] Trong tháng 6 năm 1947, các nhà vật lý hàng đầu Hoa Kỳ đã tham dự hội thảo trên đảo Shelter. Đối với Feynman, đây là "hội nghị lớn đầu tiên với những nhà vật lý lớn ... Tôi chưa từng tham dự hội nghị như thế này trong thời bình."[86] Các vấn đề đang gây tai họa trong điện động lực học lượng tử được đem ra thảo luận, nhưng các nhà lý thuyết bị lu mờ hoàn toàn bởi thành tựu đạt được từ các nhà vật lý thực nghiệm, với báo cáo của họ về khám phá hiệu ứng dịch chuyển Lamb, kết quả đo dị thường ở mômen từ của electron, và giả thuyết hai meson của Robert Marshak.[87]

Bethe dẫn đầu nghiên cứu từ các kết quả của Hans Kramers, và ông đưa ra mô hình tái chuẩn hóa cho phương trình lượng tử phi tương đối tính đối với hiệu ứng dịch chuyển Lamb. Bước tiếp theo là đưa ra phiên bản tương đối tính. Feynman nghĩ rằng ông có thể làm được điều này, nhưng khi phương pháp của ông quay trở lại mô hình của Bethe, nó lại cho kết quả phân kỳ.[88] Feynman nghiên cứu cẩn thận vấn đề một lần nữa, áp dụng hình thức luận tích phân đường mà ông đã từng sử dụng trong luận án tiến sỹ. Giống như Bethe, ông đã làm tích phân cho kết quả hữu hạn bằng áp dụng số hạng hấp thụ. Phương pháp cũng thu về trường hợp hạn chế là phiên bản của Bethe.[89][90] Feynman trình bày công trình của ông trước các nhà vật lý lý thuyết tại hội nghị Pocono năm 1948. Đối với ông nó đã diễn ra không suôn sẻ cho lắm. Julian Schwinger đã thực hiện buổi thuyết trình dài về nghiên cứu của ông trong điện động lực học lượng tử, và Feynman khi ấy đưa ra cách tiếp cận của ông, tiêu đề buổi thuyết trình "Alternative Formulation of Quantum Electrodynamics" (Một mô hình khác của điện động lực học lượng tử). Sự không quen với sơ đồ Feynman, mà được sử dụng lần đầu tiên, đã làm khó hiểu người ngồi nghe. Feynman gặp phải thất bại khi không thuyết phục được mọi người, và Paul Dirac, Edward Teller và Niels Bohr tất cả đều có ý kiến phản bác.[91][92]

Đối với Freeman Dyson, ít nhất có một điều là rõ ràng: Shin'ichirō Tomonaga, Schwinger và Feynman đã hiểu cái mà họ đang nói ngay cả khi người khác chưa hiểu, nhưng họ chưa đăng bất kỳ bài báo nào. Ông bị thuyết phục rằng cách tiếp cận của Feynman dễ hiểu hơn, và cuối cùng giúp thuyết phục Oppenheimer rằng đây là một mô hình đáng được xem xét.[93] Dyson công bố bài báo năm 1949, trong đó ông bổ sung thêm các quy tắc mới vào phương pháp của Feynman đã thảo luận để tìm cách áp dụng tái chuẩn hóa.[94] Feynman cũng bị thúc giục để đăng ý tưởng của ông trên tạp chí Physical Review trong một loạt các bài báo trong ba năm liền.[95] Bài báo năm 1948 tiêu đề "A Relativistic Cut-Off for Classical Electrodynamics" của ông cố gắng giải thích điều mà ông đã không vượt qua được tại hội nghị Pocono.[96] Bài báo năm 1949 tiêu đề "The Theory of Positrons" tập trung vào phương trình Schrödinger và phương trình Dirac, và giới thiệu khái niệm mà ngày nay gọi là hàm truyền Feynman (Feynman propagator).[97] Cuối cùng, trong bài báo tiêu đề "Mathematical Formulation of the Quantum Theory of Electromagnetic Interaction" năm 1950 và bài "An Operator Calculus Having Applications in Quantum Electrodynamics" năm 1951, ông đã phát triển cơ sở toán học cho những ý tưởng của mình, suy luận ra các công thức trước đây và thêm những công thức mới.[98]

Trong khi các bài báo viết bởi những nhà vật lý khác ban đầu trích dẫn đến công trình của Schwinger, các bài báo trích dẫn Feynman và áp dụng biểu đồ Feynman bắt đầu xuất hiện từ năm 1950, và sớm trở lên phổ biến.[99] Các sinh viên học và cách sử dụng công cụ mạnh mới mà Feynman đã tạo ra. Thậm chí có những chương trình máy tính được viết để tính toán sơ đồ Feynman, cung cấp một công cự mạnh chưa từng có trước đây. Người ta có thể viết những chương trình như vậy bởi vì biểu đồ Feynman chứa đựng một ngôn ngữ hình thức với một ngữ pháp hình thức. Marc Kac đưa ra chứng minh hình thức cho tổng các lộ trình lịch sử, chỉ ra rằng phương trình vi phân riêng phần parabol có thể biểu diễn lại bằng tổng của các lộ trình với lịch sử khác (tức là, một toán tử kỳ vọng), như ngày nay được biết đến là công thức Feynman–Kac, với sử dụng nó để mở rộng bên ngoài vật lý có nhiều ứng dụng cho các quá trình ngẫu nhiên.[100] Đối với Schwinger, biểu đồ Feynman "có nội dung giáo dục, không dành cho vật lý." [101]

Năm 1949, Feynman trở thành người không nhà ở Cornell. Ông không bao giờ ở cố định ở một ngôi nhà hay căn hộ nào, mà sống trong nhà khách hoặc ký túc xá sinh viên, hoặc với những người bạn đã lập gia đình "cho đến tận khi những thỏa thuận trở thành vi phạm bởi tình dục." [102] Ông thích hẹn hò với các sinh viên, thuê gái gọi, và ngủ với vợ của các bạn.[103] Ông không thích thời tiết mùa đông lạnh ở Ithaca, và khao khát một khí hậu ấm hơn.[104] Trên tất cả, ở Cornell, ông luôn luôn ở dưới bóng của Hans Bethe.[102] Khi Feynman nhìn lại, ông cũng thích ở nhà Telluride, nơi ông sống trong một thời gian dài lúc làm việc ở Cornell. Trong một cuộc phỏng vấn, ông miêu tả nhà như là "một nhóm các thanh niên đã được lựa chọn đặc biệt bởi vì học bổng của họ, bởi vì sự thông minh của họ hay bởi bất cứ điều gì khác, được miễn phí tiền ăn và tiền nhà trọ, bởi vì các bộ não của họ." Ông thích các tiện nghi của ngôi nhà và "tại đây tôi đã nghiên cứu các công trình cơ bản" mà nhờ đó ông giành giải Nobel Vật lý.[105][106]