W okresie leczenia rozpoczął pracę nad założeniami teoretycznymi Lidyjskiej koncepcji chromatycznej organizacji tonalnej (Lydian Chromatic Concept of Tonal Organization). Jej elementy zastosował w praktyce. W 1947 skomponował słynny, dwuczęściowy utwór Cubano Be, Cubano Bop, który wykorzystała orkiestra Dizzy’ego Gillespie’ego w eksperymentach z połączeniem bebopu z jazzem afrokubańskim. Rok później w hołdzie Parkerowi i Igorowi Strawinskiemu stworzył kompozycję z pogranicza jazzu i muzyki poważnej – A Bird in Igor’s Yard, którą premierowo wykonał klarnecista Buddy DeFranco. Ponadto w tym czasie studiował kompozycję pod kierunkiem Stefana Wolpe’ego. W 1953 została opublikowana w formie książkowej Lidyjska koncepcja chromatycznej organizacji tonalnej. Teoria ta obejmowała wszystkie systemy równomiernie temperowane i miała wpływ nawet na gatunki muzyki odległe od jazzu. Wg. Joachima-Ernsta Berendta: „Była pierwszą pracą teoretyczną opierającą naukę harmonii jazzowej na immanentnych prawach jazzu, a nie na zasadach muzyki europejskiej. Russellowska koncepcja improwizacji – lidyjska w sensie średniowiecznych tonacji kościelnych, a przecież chromatyczna w pojęciu nowoczesnym, przygotowała modalność Davisa i Johna Coltrane’a”Joachim-Ernst Berendt, Od raga do rocka, wyd. PWM, 1979, s. 437.