En décembre 1954, il réalise la première transplantation rénale réussie au monde, en la pratiquant sur des jumeaux monozygotes, les frères Herrick twins au Peter Bent Brigham Hospital. En 1959, il réussit la première allogreffe et en 1962 réalise la première transplantation d'un rein de cadavre. Il sera un des développeurs de l'utilisation des agents immunosuppresseurs pour les greffes, tel que l'azathioprine, permettant les greffes entre donneurs non compatibles. Il détient le record de durée pour une transplantation rénale, avec Edith Helm qu'il opéra en 1956.