W 1952 roku, aktorka przeżyła załamanie nerwowe po tym, jak zakończył się jej związek z Cooperem. Aktorka opuściła Hollywood i wróciła do Nowego Jorku, gdzie występowała w broadwayowskiej sztuce The Children's Hour. Występowała również w Roomful of Roses w 1955 roku i jako matka w The Miracle Worker w 1959 roku. Do filmu powróciła rolą w Twarz w tłumie (1957), zagrała również w słynnym Śniadaniu u Tiffany’ego (1961), u boku Audrey Hepburn.
W 1963 roku, Neal otrzymała Oscara dla najlepszej aktorki za rolę w filmie Hud, syn farmera, gdzie zagrała u boku Paula Newmana. Za rolę w tym filmie otrzymała również nominację do Złotego Globu oraz nagrodę BAFTA. Trzy lata później, w 1965 roku, wraz z Johnem Wayne’em wystąpiła w filmie Otto Premingera Wojna o ocean, za który otrzymała swoją drugą nagrodę BAFTA. W 1965 roku otrzymała propozycję zagrania roli pani Robinson w filmie Absolwent, jednak aktorka zapadła w śpiączkę na ponad trzy tygodnie, co uniemożliwiło jej granie w filmach. Film telewizyjny The Patricia Neal Story pokazuje m.in. jej rehabilitację po tej chorobie oraz powrót do aktorstwa, który nastąpił w 1968 roku, kiedy to Neal wystąpiła w filmie The Subject Was Roses, za który otrzymała nominację do Oscara.