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로키 산맥 지역의 주요지리조사를 지휘했고, 아메리카 인디언의 언어를 최초로 분류·발표했으며, 제1대 미국 민족학 국장을 지냈다.

남북전쟁 참전 후 그는 일리노이 웨슬리언대학교의 지질학교수가 되었다.

1867년에 일리노이노멀대학(지금의 일리노이주립대학교)의 강사가 되었고 로키 산맥과 그린·콜로라도 강 협곡에 대한 일련의 탐사들을 시작했다. 1871~79년 서부 국유지에 대한 지질학적·지리적 조사를 감독했고, 정부의 토지활용계획 입안을 지지했다. 이 기간 동안 그는 3권의 중요한 저서를 발표했다. 〈서부 콜로라도 강 및 그 지류들에 대한 탐사 Exploration of the Colorado River of the West and Its Tributaries〉(1875, 1895년에 〈콜로라도 계곡 Canyons of Colorado〉으로 개정)에서 그는 지질학의 표준용어가 된 많은 개념들을 고안했고, 공식화시켰다. 〈인디언 언어학 입문 Introduction to the Study of Indian Languages〉(1877)은 파웰이 인류학자로서 위상을 확립할 수 있게 한 저술이었다. 이 책에서 그는 인디언 언어를 분류하고 쓰임새와 표현되는 정서에 따라 단어들을 분류했다. 〈미국 건조지대의 땅에 대한 보고 Report on the Lands of the Arid Region of the United States〉(1878, 재판 1962)는 보존 문학의 이정표로 여겨진다.

스미스소니언 재단의 민족학 분과가 1879년 워싱턴 D. C.에 설립되었을 때 파웰은 초대 국장이 되었으며, 죽을 때까지 국장으로 일했다. 인디언의 인종·언어 연구를 계속하던 그는 1891년 미국과 캐나다의 58개 어족에 관한 최초의 완전하고도 권위 있는 분류체계와 분포도를 발표했다. 또한 1881~92년 미국지질조사회 회장으로 근무하며 수맥지도 편찬과 관개사업계획을 발전시켰다.

과감하고 위험한 3개월간의 그랜드캐니언 탐사(1869)는 F.S.델런보가 쓴 〈그랜드캐니언 여행 A Canyon Voyage〉(1908)과 M.T.플레이스의 〈존 웨슬리 파웰：그랜드캐니언의 정복자 John Wesley Powell：Canyon's Conqueror〉(1963)에서 다루어지고 있다.