ในปี 1948 ช่วงที่แนชกำลังสมัครงานที่ภาควิชาคณิตศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยปรินซ์ตันอยู่นั้น ศาสตราจารย์ R.J. Duffin ที่ปรึกษาของแนชและอดีตศาสตราจารย์แห่งสถาบันเทคโนโลยีคาร์เนกีได้เขียนจดหมายแนะนำตัวให้กับแนชโดยมีใจความสั้น ๆ คือ "เด็กหนุ่มนี้เป็นอัจฉริยะ"[3] แต่ว่ากลายเป็นมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดที่ตอบรับการสมัครงานของแนชก่อน ซึ่งที่จริงแล้ว ฮาร์วาร์ดเป็นเป้าหมายอันดับหนึ่งของเขาเพราะเป็นสถาบันที่มีชื่อเสียงมายาวนานและมีคณะคณิตศาสตร์ที่โด่งดัง แต่ Solomon Lefschetz หัวหน้าภาควิชาคณิตศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยปรินซ์ตันและจอห์น เอส. เคเนดี แนะนำเขาว่าฮาร์วาร์ดคงจะไม่เห็นค่าของเขาเท่าที่มหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน[2] จนในที่สุด แนชจึงได้ตัดสินใจย้ายจากไวท์โอคมาทำงานที่มหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน และทำงานอยู่ที่นั่นจนเกิดทฤษฎีดุลยภาพของเขา ที่เรียกว่า สมดุลแบบแนช (ทฤษฎีดุลยภาพของแนช) แนชได้รับปริญญาดุษฎีบัณฑิตในปี 1950 จากวิทยานิพนธ์เรื่องทฤษฏีเกมแบบไม่มีความร่วมมือกัน[4] โดยมี Albert W. Tucker เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา วิทยานิพนธ์นี้ส่วนหนึ่งมีเนื้อหาเกี่ยวกับนิยามและคุณสมบัติของสิ่งที่ต่อมาเรียกว่า "ดุลยภาพของแนช" ซึ่งเกี่ยวกับ 3 ประเด็นหลักดังนี้ :

• "Equilibrium Points in N-person Games", Proceedings of the National Academy of Sciences 36 (1950), 48-49.
• "The Bargaining Problem", Econometrica 18 (1950), 155-162.
• "Two-person Cooperative Games", Econometrica 21 (1953), 128-140.

นอกจากนั้น แนชยังได้มีผลงานสำคัญๆเกี่ยวกับเรขาคณิตเชิงพีชคณิตอีกด้วย คือ:

• "Real algebraic manifolds", Annals of Mathematics 56 (1952), 405-421. See also Proc. Internat. Congr. Math. (AMS, 1952, pp 516-517)

ผลงานที่มีชื่อเสียงที่สุดของเขาในสาขาของคณิตศาสตร์บริสุทธิ์ คือ Nash embedding theorem