Zurück in den USA, wandte sich Mitchell der avantgardistischen Malerei zu und galt Anfang der 1950er Jahre als eine der führenden Künstler der New York School. Sie war eines der wenigen weiblichen Mitglieder des Artists' Club der Downtown lebenden Maler. 1952 trennte sie sich von Rosset. Bei einem Aufenthalt in Paris lernte sie 1955 den kanadischen Maler Jean-Paul Riopelle kennen, mit dem sie bis 1979 zusammen lebte, zunächst in Paris an der Rue Frémicourt, später in Vétheuil.
Im Sommer 1958 nahm sie an der Ausstellung „Abstract Impressionism: an Exhibition of Recent Peintings“ teil, die von Lawrence Alloway und Harald Cohen an der Arts Council Gallery in London kuratiert wurde. 1959 war Joan Mitchell Teilnehmerin der documenta II in Kassel. In Paris war sie ab 1960 an den Ausstellungen „Antagonismes“ am Musée des Arts décoratives beteiligt. Die Galerie Lawrence, die Galerie Jacques Dubourg (ab 1962) und später die Galerie Jean Fournier nahmen sie unter Vertrag. 1979 wurde sie in die American Academy of Arts and Letters gewählt. Sie starb 1992 in Frankreich. Seit 1993 vergibt die „Joan Mitchell Foundation“ Auszeichnungen und Stipendien an Maler, Bildhauer und Künstlergruppen.
Jane Livingston: The Paintings of Joan Mitchell. Whitney Museum of American Art, New York 2002, ISBN 978-0-520-23570-0.
Helen Molesworth: Joan Mitchell: Leaving America, New York to Paris, 1958 – 1964. Hauser & Wirth, London 2007, ISBN 978-3-86521-490-4.
Nils Ohlsen: Joan Mitchell: Weggefährtin von Jackson Pollock. Kehrer, Heidelberg 2009, ISBN 978-3-86828-007-4
Gerd Presler: Joan Mitchell. Die Qualität des Lichts. In: Gerd Presler: Das Skizzenbuch. Glücksfall der Kunstgeschichte. Weingarten/Baden 2017, S. 154–155 (E-Book: S. 107–108, mit 6 Farbskizzen), ISBN 978-3-00-056940-1.
Gerd Presler: Joan Mitchell (1925–1962), „Das kannst Du nicht.“ In: Gerd Presler: Am Anfang.- Zeichnungen aus der Kindheit grosser Künstlerinnen und Künstler. In the beginning – Childhood Drawings by eminent Artists, Weingarten 2021, S. 86–91, ISBN 978-3-00-069585-8.
123Claire Lebossé, Sophie Lévy, Maud Marron-Wojewódzki (für die Biografien):United States of Abstraction : Artistes américains en France 1946–1964. Musée d’arts de Nantes / Musée Fabre Montpellier / Éditions Snoeck, Gand (Gent) 2021, ISBN 978-94-6161-667-8, S.236.