1928年2月26日卡羅瑟斯成為杜邦公司有機化學研究的負責人，他來到杜邦後的第一個目標是合成出一種最早由德國化學家赫爾曼·埃米爾·費歇爾實現合成的分子量超過4200的聚合物。然而直到1929年中旬，卡羅瑟斯帶領的研究團隊仍未能合成出分子量超過4000的這種聚合物。1030年1月，Elmer K. Bolton博士成為卡羅瑟斯的頂頭上司（immediate boss）。Bolton想要在1930年取得實際的成果而且他的願望實現了。Bolton要求卡羅瑟斯試驗利用乙炔聚合生產合成橡膠.1930年4月，卡羅瑟斯的研究組的一名成員Arnold M. Collins博士分離得到了生產合成橡膠所用的單體氯丁二烯併合成出了第一種合成橡膠－氯丁橡膠。
發明聚酯
同年華萊士研究團隊的另一名成員Julian Hill博士開始嘗試合成分子量大於4000的聚酯。他的努力很快就得到了回報，一種分子量達到12000的人造聚合物被合成了出來。如此高的分子量足以使得熔融後的聚合物拉伸成絲狀纖維，因此這種聚合物也被稱作人造絲綢，化學家成之為超級聚酯(superpolyester)。
聚酯和聚醯胺是兩例利用逐步聚合(step-growth polymerization)進行[[[縮聚]]合成的典型例子。卡羅瑟斯就此建立起逐步聚合的理論並推導出了卡羅瑟斯方程(Carothers equation)，該方程可根據單體的轉化率計算出通過逐步聚合的方式得到的聚合物所具有的平均聚合度（average degree of polymerization），這個方程表明對於逐步聚合，要得到高分子量的聚合物需要單體在縮聚反應中有高的轉化率。
Hill博士還通過將二醇和二酸混合後減壓加熱通過分子蒸餾器（molecular still ）移除縮聚反應產生的痕量的水來得到強韌而有彈性的人造纖維。遺憾的是由於這種纖維在熱水中會變成粘性的物質而未能被商業化。此後的幾年中卡羅瑟斯中斷了在聚合物方面的研究工作。
患上抑鬱症
