En 1942, l’été précédant sa dernière année, elle est choisie comme apprentie au prestigieux Barter Theater en Virginie. Après deux ans d’études d’art dramatique à la Northwestern University, elle se rend à New York, où elle travaille comme doublure avant de remplacer Vivian Vance dans une production de la road company de « Voice of the Turtle », qui avait été produite à Broadway par Alfred de Liagre. Ce dernier avait insisté pour que cette nouvelle actrice à l’allure patricienne se fasse appeler Patricia.
Sa grande révélation fut le rôle d’une fille de la campagne qui s’allie au diable dans une production d’été de « Devil Takes a Whittler » à Westport, Conn. Eugene O’Neill, qui est devenu son mentor, a vu la représentation, tout comme une grande partie de l’establishment de Broadway. En moins de 24 heures, elle reçoit deux offres pour devenir une vedette à Broadway. Mme Neal a refusé l’offre de Richard Rodgers qui lui proposait le rôle principal dans « John Loves Mary » pour « Another Part of the Forest » de Hellman.
Hollywood lui a rapidement fait signe, et elle a signé un contrat de sept ans avec Warner Brothers qui comprenait le rôle principal dans la version cinématographique de « John Loves Mary ». Dans d’autres rôles pour le studio, elle incarne une femme qui attend de savoir si son enfant a survécu à un accident d’avion dans « Trois secrets » (1950), l’intérêt amoureux de John Wayne dans « Opération Pacifique » (1951) et la femme en conflit de Dennis Morgan dans « Raton Pass » (1951).
Un contrat à la Fox suit, et elle joue aux côtés de Tyrone Power dans le thriller d’espionnage « Courrier diplomatique » (1952) et s’inquiète à travers le film de science-fiction « Le jour où la terre s’est arrêtée » (1951). Prêtée à Universal, elle joue une veuve courtisée par Van Heflin dans « Weekend With Father » (1951).Pendant sa liaison avec Cooper, elle est tombée enceinte et a avorté, selon l’autobiographie « As I Am » (1988), écrite avec Richard DeNeut.Si je n’avais qu’une seule chose à refaire dans ma vie, a-t-elle écrit, j’aurais ce bébé.Désireuse d’avoir des enfants, elle a épousé Dahl en 1953, même si elle ne l’aimait pas alors, a-t-elle écrit dans son autobiographie. Ancien pilote de chasse de la R.A.F., devenu un auteur renommé de livres pour enfants à l’humour souvent noir (« James et la pêche géante », « Charlie et la chocolaterie »), Dahl a pris le contrôle de la vie de Mme Neal. Après que leur fils de quatre mois, Theo, a subi des lésions cérébrales lorsque son landau a été écrasé entre un taxi et un bus dans une rue de New York en décembre 1960, Dahl a décidé qu’ils déménageraient dans le village de Great Missenden en Angleterre. Deux ans plus tard, leur fille aînée, Olivia, qui avait 7 ans, est morte de l’encéphalite de la rougeole, peut-être faute de soins médicaux sophistiqués qui auraient été disponibles dans une grande ville.
Pour autant, Mme Neal a continué à travailler au cinéma et dans des apparitions invitées à la télévision. Dans « Breakfast at Tiffany’s » (1961), elle joue le rôle d’une femme plus âgée qui soutient un jeune écrivain (George Peppard) qui tombe amoureux de l’escorte de gentlemen Holly Golightly (Audrey Hepburn).
Il s’agit d’une femme d’affaires.