Sorprendentemente, por decisión de Pickering, no prosiguió esta línea de trabajo de investigación de las cefeidas. Sergei Gaposchkin en la introducción de su obra The Large Magellanic Cloud: its Topography of 1830 Variable Stars, SAO Special Report 310 (1970) es crítico con Pickering por haber separado a Leavitt de su investigación de las Nubes de Magallanes tras el gran éxito conseguido, para dedicarla a tareas de menor importancia: "In view of her unprecedent breakthrough at Harvard, it is difficult to understand why Pickering did not continue the research on the Clouds; instead, he stopped it enterily and "demoted" the Yankee lady to an "inferior" job (photometry)."

La nueva fase de su trabajo comenzó en 1907 con el plan ambicioso de Pickering para comprobar los valores fotográficos estandarizados para las magnitudes estelares. La precisión sumamente creciente que permitían las técnicas fotográficas, que a diferencia de la subjetividad del ojo no son falseadas por los diversos colores de las estrellas, dependía del establecimiento de una secuencia básica de magnitudes estándares de comparación. El problema fue encomendado a Leavitt, que comenzó con una secuencia de 46 estrellas en la vecindad del polo norte celeste. Ideando nuevos métodos de análisis, determinó sus magnitudes y a partir de ello, la de una muestra mucho más grande en la misma región, extendiendo la escala de brillos estandarizados hasta la magnitud 21. Estas estándares fueron publicadas en 1912 y 1917. Entonces Leavitt estableció secuencias estándares secundarias a partir de 15 a 22 estrellas de la referencia en cada uno de 48 "Harvard Standard Regions" del cielo, usando las fotografías proporcionadas por observatorios alrededor del mundo. Su secuencia polar norte fue adoptada para el Mapa Astrográfico del Cielo, un proyecto internacional iniciado en 1913. En el momento de su muerte había completado la determinación de magnitudes en 108 áreas del cielo. Su sistema estuvo en uso hasta que la mejora de la técnica de la fotometría fotométrica permitió alcanzar una precisión muy superior.

En el curso de su trabajo, Leavitt descubrió cuatro novas y cerca de 2400 variables - prácticamente la mitad de todas las estrellas variables entonces conocidas. También estudió las variables eclipsantes de tipo Algol y los asteroides.

Fue miembro de Phi Kappa Beta, la asociación americana de mujeres universitarias, de la American Astronomical and Astrophysical Society, la American Association for the Advancement of Science, y también era miembro honorario de AAVSO.

Desgraciadamente, murió joven de cáncer antes de que su trabajo sobre una nueva escala fotográfica de magnitud pudiese estar terminada. Su muerte fue considerada como "casi calamidad" por sus colegas. Su contribución importante al avance científico fue reconocida internacionalmente cuando, en 1925, la academia sueca de ciencias la nominó para el premio Nobel.

Algunas de sus publicaciones más importantes

• Periods of 25 Variable Stars in the Small Magellanic Cloud, Harvard College Observatory Circular 173 (1912).
• Standard Photographic Magnitudes, Science 30,726 (1909).
• 1777 Variables in the Magellanic Clouds, Annals of Harvard College Observatory 15, 87 (1908)

Circular 173

Edward C. Pickering, March 3, 1912.

Periods Of 25 Variable Stars In The Small Magellanic Cloud.

La siguiente exposición respecto a los períodos de 25 estrellas variables en la Nube Pequeña de Magallanes ha sido elaborada por Srta. Leavitt.

En H.A. 60, No. 4 se presentó un catálogo de 1777 estrellas variables en las dos Nubes de Magallanes. Las mediciones y la discusión de estos objetos presenta problemas de dificultad nada usual, a causa de la gran área cubierta por las dos regiones, la distribución extremadamente apretada de las estrellas contenidas en ellas, el débil brillo de las variables y sus cortos períodos. Muchas de ellas nunca llegan a ser más brillantes de la decimoquinta magnitud, mientras que muy pocas exceden la decimotercera magnitud en máximo, las exposiciones necesarias son largas y el número de fotografías disponibles es pequeño. La determinación de las magnitudes absolutas para las extensamente separadas secuencias de estrellas de comparación tan débiles no puede ser completada de forma satisfactoria en la actualidad. Con la adopción de una escala absoluta de  magnitudes para las estrellas en la secuencia polar del norte, sin embargo, el camino para tal determinación queda abierto.

En 1904 fueron medidas cincuenta y nueve variables en la Nube Pequeña de Magallanes, usando una escala provisional de magnitudes y los períodos de diecisiete de ellas fueron publicados en H.A. 60, No. 4, Tabla VI. Se asemejan a las variables encontradas en los cúmulos globulares, disminuyendo lentamente de brillo, permaneciendo en el mínimo gran parte del tiempo, aumentando muy rápidamente de brillo para alcanzar un máximo de corta duración. La Tabla I da todos los períodos que se han determinado hasta el momento, en total 25, dispuestos en orden de su longitud. Las primeras cinco columnas contienen el número de Harvard, el brillo en el máximo y en el mínimo de acuerdo con lo medido en su curva de luz, la época expresada en días que siguen al D.J. 2.410.000, y la longitud del período expresado en días. Los números de Harvard en la primera columna se ponen en cursiva cuando el período aún no ha sido publicado. Se aprecia una notable relación entre el brillo de estas variables y de la longitud de sus períodos. En H.A. 60, No. 4, se llamó la atención al hecho de que las variables más brillantes tienen los períodos más largos, pero en aquel momento se hizo notar que el número era demasiado pequeño para poder extraer conclusiones generales. Desde entonces se han determinado los períodos de 8 variables adicionales que, sin embargo, se conforman con la misma ley.

La relación es mostrada gráficamente en la Figura 1, en la que las abscisas indican el período, expresado en días, y las ordenadas se corresponden a las magnitudes en el máximo y en el mínimo. Las dos curvas que resultan, una para los máximos y otra para los mínimos, son asombrosamente lisas, y de forma concordante. En la Figura 2, las abscisas expresan los logaritmos de los períodos y las ordenadas las magnitudes correspondientes, al igual que en la Figura 1. Fácilmente se puede trazar una línea recta en cada una de las dos series de puntos que corresponden a los máximos y a los mínimos, mostrando así que existe una simple relación entre el brillo de las variables y el de sus períodos. El logaritmo del período aumenta en cerca de 0,48 para cada aumento de una magnitud en brillo. Los residuos de los máximos y mínimos de cada estrella respecto a la línea de la Figura 2 se dan en las sexta y séptima columna de la Tabla I. Es posible que las desviaciones respecto a la línea recta lleguen a ser más pequeñas cuando sea usada una escala absoluta de magnitudes, y pueden incluso indicar la corrección necesaria a aplicar en la escala provisional. Debe ser notado que el rango medio, tanto para las variables brillantes como para las débiles, es de cerca de 1,2 magnitudes. Puesto que las variables están probablemente casi a la misma distancia de la Tierra, sus períodos se asocian al parecer a su emisión real de la luz, según lo determinado por su masa, densidad y brillo de la superficie.

El débil brillo de las variables de las Nubes de Magallanes parece imposibilitar el estudio de sus espectros con nuestros recursos actuales. Un número de variables más brillantes tienen curvas de luz similares, como UY Cygni, y deberían ser estudiadas detenidamente. Conviene que sea determinada la clase del espectro del mayor número posible de estos objetos. Debe esperarse, también, que puedan ser medidas las paralajes de algunas variables de este tipo. Dos preguntas fundamentales que podrían arrojar alguna luz son si hay límites definidos en la masa de las estrellas variables de tipo cúmulo, y si los espectros de estas variables que tienen períodos largos se diferencian de los de las variables que poseen períodos cortos.

Los hechos conocidos de estas 25 variables sugieren otras muchas preguntas respecto a la distribución, relaciones con las estrellas de cúmulos y nebulosas, diferencias en las formas de las curvas de luz, y al rango extremo de la longitud de los períodos. Se espera que pronto pueda emprenderse en este observatorio un estudio sistemático de los cambios de luz de todas las variables, casi dos mil, en las dos Nubes de Magallanes.