之后离开部队，已到中年的加涅终于可以继续其学术研究了。刚开始在普林斯顿大学任心理学教授，并从事学校知识科目及技能科学教学的实验研究。因为当时正值苏联第一颗人造卫星上天，震惊美国朝野。这实际上是对美国科学技术的挑战，显示了美国在军事竞赛中处于劣势，这一切引起了美国的恐慌。为此美国官方于1958年派出了考察团访问苏联，以寻找美国落后的原因。考察结果是美国科技落后的原因在教育，特别是中小学“基础教育”。随着1958年《美国国防教育法》(National DefenceEducation Act)的出台(该法案中提出增拨科学教育经费，重点改进各级各类学校的数学、自然科学和现代外语的教学，并将这三门课程定为美国的“新三艺”),掀起了美国20世纪五六十年代美国教育改革，尤其是课程改革的高潮。
正是在这样的大背景下，加涅的研究也转向了学校学习。这期间对其影响最大的研究就是他与马里兰大学合作的“数学项目”(Mathematics Project)研究。研究中，加涅发现那些成绩较差的孩子之所以不能完成指定的数学任务，是因为他们对之前要掌握的基础知识掌握得不是很好，较低层次的学习没有学会致使在完成新的更高级学习任务时困难重重。由此入手，加涅慢慢开始形成他著名的“学习层级”理论，这在后面的论述中会具体谈到。
