1926年9月,张孝骞被选送到美国约翰斯·霍普金斯大学,跟随导师哈罗普(Harrop)教授做血容量测定的研究。他的学术论文《测定循环血容量的一氧化碳方法》和《糖尿病酸中毒时的血容量》,1927年在美国临床研究学会年会上宣读以后,受到了医学界的重视。1928年两文在美国的Journal of Clinical Investigation(《临床研究》)杂志上发表,并为教科书所采用。30岁的张孝骞开始在医学界崭露头角。
1927年7月,张孝骞回国后,进一步研究甲状腺功能亢进和甲状腺功能低下病人的血容量变化以及肾脏病人(主要是肾病综合征病人)的血容量变化,并于美国的Journalof of Clinical Investigation(《临床研究》)发表论文<甲状腺功能亢进时的血容量)。
1930年,张孝骞在协和医学院组建消化专业组。他一方面从事临床工作,另一方面从事胃液分泌的研究,1933年于美国的Journal of Clinical Investigation(《临床研究》)上发表论文《发热和传染病时胃液的分泌》。1932年晋升为副教授。