W latach 1930–1939 nieprzerwanie znajdowała się w reprezentacji amerykańskiej w Pucharze Wightman. Partnerowała w deblu Helen Jacobs, Helen Wills, Alice Marble, ale grała także single. Bilans jej występów w grze pojedynczej to 7 zwycięstw i 4 porażki, w grze podwójnej 7 zwycięstw i 2 porażki, a z wszystkich lat, w których występowała, jedynie w 1930 trofeum nie przypadło Amerykankom (Palfrey uległa wówczas zdecydowanie w singlu Phyllis Mudford).
Karierę amatorską zakończyła w 1946. Próbowała sił jako zawodowa trenerka, pracowała w sektorze prywatnym, publikowała artykuły o tematyce tenisowej. Na przełomie lat 40. i 50. zaangażowała się razem z Alice Marble w walkę z rasizmem w tenisie, dzięki czemu w 1950 w mistrzostwach USA mogła wystąpić czarnoskóra Althea Gibson. W 1963 Sarah Palfrey została wpisana do Międzynarodowej Tenisowej Galerii Sławy.