W 1934, po dojściu Adolfa Hitlera do władzy, opuścił Niemcy ze względu na swoje żydowskie pochodzenie. Schronił się w Szwajcarii, tymczasowo zatrudnił się tam w Schweizerische Forschungsinstitut w Davos, a w 1936 roku wyjechał do Stanów Zjednoczonych, gdzie podjął studia na Wydziale Biochemii Columbia University pod kierunkiem Hansa Clarke. W 1938 roku uzyskał tam stopień doktora biochemii. po czym podjął pracę w zespole badawczym Rudolpha Schoenheimera. W 1942 roku rozpoczął tam współpracę z Davidem Rittenbergiem nad mechanizmem biosyntezy cholesterolu.
W 1946 roku podjął pracę na stanowisku Assistant Professor na University of Chicago, w 1950 został tam profesorem. Prowadził wówczas badania dotyczące enzymatycznej syntezy glutationu. W 1953 roku dzięki stypendium Fundacji Guggenheima odbył wizytę naukową w Instytucie Chemii Organicznej w ETH w Zurychu, gdzie współpracował m.in. z Leopoldem Ružičką i Vladimirem Prelogiem.
W 1954 roku Konrad Bloch otrzymał stanowisko profesora biochemii (Higgins Professor of Biochemistry) na Wydziale Biochemii Uniwersytetu Harvarda, od 1968 roku kierował tym wydziałem. Kontynuował badania dotyczące biosyntezy steroli i terpenów, a także reakcjami enzymatycznymi prowadzącymi do uzyskiwania nienasyconych kwasów tłuszczowych.