兰德斯坦纳研究免疫化学的同时，并未放弃对血型的探索。他在后续的研究中发现，人类除ABO血型外，还存在几十种血型，包括兰德斯坦纳和同事菲利普·莱文于1927年发现的M、N和P血型。最为重要的是，兰德斯坦纳于退休前还发现了一种具有广泛应用价值的新血型。

1939年，莱文发现一例孕妇产下死胎后出现大出血，再经过ABO血型匹配后为她输入丈夫的血液，结果出现严重凝集反应，通过进一步分析胎儿死亡的原因，发现是源于新生儿溶血病的发生，当时对这种现象的原因却不甚清晰。与此同时，兰德斯坦纳和同事亚历山大·维纳开展了一项动物实验，他们为5只兔子输入恒河猴血液，不出所料，出现凝血反应，意味着兔子产生了针对恒河猴红细胞抗原的抗体，他们收集这些抗体并检测它们的特异性，惊奇地发现可与85%人类红细胞发生特异性结合，说明人类红细胞表面拥有和恒河猴相同的抗原，因此称为Rh因子（Rh取自恒河猴单词前两个字母）。1940年，兰德斯坦纳报道了这种新型红细胞抗原，同时发现这种抗原恰好就是莱文观察到的孕妇输血凝集反应的“罪魁祸首”。

原来这位孕妇为Rh阴性，丈夫为Rh阳性。他们第一胎为Rh阳性，从而激发母体产生Rh抗体，但时间具有一定的延迟性，因此得以顺利生产。第二胎仍为Rh阳性，此时母体内的抗体对胎儿产生破坏，出现溶血，最终导致死胎，当丈夫输血时也由于Rh抗体的存在而产生凝血。

Rh因子的发现对医学的影响非常迅速，它进一步消除输血过程中的凝血风险（Rh阴性不宜接受Rh阳性的输血）和部分Rh阴性孕妇妊娠的潜在风险。Rh因子在其他领域也有重要应用，特别是与种族存在一定关联，如欧洲人Rh阴性率约为35%，而亚洲人则不足1%，因此这种血又被称为“熊猫血”，以显示其弥足珍贵。

1946年，兰德斯坦纳由于在Rh血型发现中的贡献被追授拥有“小诺贝尔奖”称号的美国拉斯克临床医学研究奖。