В 1960 году Келси поступила на работу в Администрацию по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA). Ее первым проектом стала регистрация талидомида в США. К тому моменту лекарственный препарат был представлен на рынке многих стран как средство для лечения токсикоза беременных.

Американские законы того времени требовали для лицензирования лекарственного препарата только доказательств безопасности его применения. Также, согласно законодательству, допускалось пробное назначение ЛС до его одобрения, что позволило производителю талидомида распространить более 20 тыс. таблеток, которые принимали 2,5 тыс. пациентов

Несмотря на давление со стороны производителя, компании Merrill, Келси несколько раз в течение года переносила срок одобрения ЛС, ссылаясь на нехватку данных о безопасности препарата. За это время из Европы стали поступать сведения о появлении младенцев с серьезными врожденными пороками у матерей, принимавших талидомид.

Согласно официальным данным, в результате применения талидомида беременными в 46 странах родилось более 10 тыс. детей с физическими уродствами, из которых около половины умерли в раннем возрасте. В результате препарат был изъят с фармрынков всех стран, а заявка на его регистрацию в США была отозвана производителем.

Роль Келси в предотвращении попадания талидомида на американский рынок была отмечена медалью за выдающуюся гражданскую службу, которую эксперт FDA получила из рук президента США Джона Кеннеди. Впоследствии Френсис Келси сыграла важную роль в пересмотре и ужесточении правил выдачи маркетинговых разрешений на лекарственные препараты.