In 1942, de zomer voor haar laatste jaar, werd ze gekozen om in de leer te gaan bij het prestigieuze Barter Theater in Virginia. Na twee jaar als hoofdvak drama aan de Northwestern University ging ze naar New York, waar ze werkte als invalster voordat ze Vivian Vance verving in een productie van “Voice of the Turtle”, die op Broadway was geproduceerd door Alfred de Liagre. Hij stond erop dat deze patricisch uitziende nieuwe actrice zichzelf Patricia noemde.
Haar grote doorbraak kwam als een meisje uit het achterland dat een bondgenootschap aangaat met de duivel in een zomer productie van “Devil Takes a Whittler” in Westport, Conn. Eugene O’Neill, die haar mentor werd, zag de voorstelling, net als een groot deel van het Broadway establishment. In minder dan 24 uur kreeg ze twee aanbiedingen voor een rol op Broadway. Ms. Neal sloeg Richard Rodgers’ aanbod van de hoofdrol in “John Loves Mary” af voor Hellman’s “Another Part of the Forest.”
Hollywood lonkte al snel en ze tekende een zevenjarig contract bij Warner Brothers dat ook de hoofdrol in de filmversie van “John Loves Mary” inhield. In andere rollen voor de studio speelde ze een vrouw die wachtte om te zien of haar kind een vliegtuigongeluk overleefde in “Three Secrets” (1950); John Wayne’s love interest in “Operation Pacific” (1951); en Dennis Morgan’s ruziënde vrouw in “Raton Pass” (1951).
Een contract bij Fox volgde, en ze speelde tegenover Tyrone Power in de spionagethriller “Diplomatic Courier” (1952) en was bezorgd door de science fiction film “The Day the Earth Stood Still” (1951). Uitgeleend aan Universal speelde ze een weduwe die het hof werd gemaakt door Van Heflin in “Weekend With Father” (1951).Tijdens haar affaire met Cooper werd ze zwanger en onderging een abortus, volgens de autobiografie “As I Am” (1988), geschreven met Richard DeNeut. “Als ik maar één ding over mocht doen in mijn leven,” schreef ze, “zou ik die baby krijgen. “Gretig om kinderen te krijgen, trouwde ze in 1953 met Dahl, hoewel ze toen nog niet van hem hield, schreef ze in haar autobiografie. Een voormalige R.A.F. gevechtspiloot die een beroemd schrijver werd van vaak duister humoristische kinderboeken (“James and the Giant Peach,” “Charlie and the Chocolate Factory”), Dahl nam de controle over mevrouw Neal’s leven. Nadat hun vier maanden oude zoon Theo hersenletsel had opgelopen toen zijn kinderwagen in december 1960 in New York tussen een taxi en een bus werd geplet, besloot Dahl dat ze naar het dorp Great Missenden in Engeland zouden verhuizen. Twee jaar later stierf hun oudste dochter, Olivia, die toen 7 was, aan mazelencefalitis, misschien door gebrek aan de geavanceerde medische zorg die in een grote stad beschikbaar zou zijn geweest.
Terwijl bleef mevrouw Neal werken in films en in gastoptredens op televisie. In “Breakfast at Tiffany’s” (1961), speelde ze een oudere vrouw die een jonge schrijver (George Peppard) steunt die verliefd wordt op de escort van de heren Holly Golightly (Audrey Hepburn).