Με την σύμφωνη γνώμη και με χρηματοδότηση της εφημερίδας της, θα φύγει στις 14 Νοεμβρίου 1889 για τον γύρο του κόσμου. Επηρεασμένη από το μυθιστόρημα του Ιουλίου Βερν «Ο γύρος του κόσμου σε 80 ημέρες», κατάφερε να κάνει τα 40.070 χιλιόμετρα της περιμέτρου της γης, σε 72 μέρες, 6 ώρες και 11 λεπτά, επιστρέφοντας στην Νέα Υόρκη στις 25 Ιανουαρίου του 1890, νικώντας τον Φιλέα Φογκ.
Καθ’ όλη τη διάρκεια του ταξιδιού, η εφημερίδα δημοσιεύει τα τηλεγραφήματα και τις ανταποκρίσεις της κι έτσι η Μπλάι γίνεται θρύλος. Το 1890 εξέδωσε την περιπέτεια αυτή σε βιβλίο με τίτλο «Nellie Bly's Book: Around the World in Seventy-Two Days» («Το βιβλίο της Νέλι Μπλάι: Ο γύρος του κόσμου σε 72 μέρες»).
Αν και το ταξίδι αυτό έφερε τεράστια έσοδα στην εφημερίδα, της αρνήθηκαν το bonus που θεωρούσε ότι δικαιούταν, γεγονός που την έκανε να παραιτηθεί. Ωστόσο όταν άλλαξε η διεύθυνση η Μπλάι επέστρεψε στη θέση της. Από τις 17 Σεπτεμβρίου του 1893 θα ξεκινήσει η δεύτερη συνεργασία της (με μια συνέντευξη που θα πάρει από την φυλακισμένη αναρχική Έμμα Γκόλντμαν), η οποία θα κρατήσει μέχρι το 1896.
Επιμένοντας στην ερευνητική δουλειά, άλλοτε υποδύεται μια γυναίκα που θέλει να αγοράσει ένα παιδί, προκειμένου να μελετήσει τα κυκλώματα αγοραπωλησίας βρεφών, άλλοτε πιάνει δουλειά σε εργοστάσιο και βιώνει τη «σκλαβιά των λευκών» όπως την ονομάζει, και φτάνει να παρανομήσει για να μπει στη φυλακή και να μελετήσει τις συνθήκες διαβίωσης των γυναικών εντός του σωφρονιστικού συστήματος.
Το 1985 σε ηλικία 31 ετών θα παντρευτεί τον εργοστασιάρχη Ρόμπερτ Σήμαν –εκείνος ήταν 72!- και θα εγκαταλείψει τη δημοσιογραφία, αναλαμβάνοντας τις επιχειρήσεις του συζύγου της. Η εταιρεία της που ασχολούνταν με την παρασκευή ατσάλινων αντικειμένων θα αποκτήσει μεγάλη δύναμη, ενώ η ίδια άρχισε να ασχολείται με τις εφευρέσεις. Το 1902 θα παρουσιάσει την πρώτη ευρεσιτεχνία της -έναν στοιβαζόμενο σκουπιδοντενεκέ για βιομηχανική χρήση και το 1905 θα πατεντάρει και θα κατασκευάσει πρώτη, ατσάλινα βαρέλια για την μεταφορά και αποθήκευση υγρών (αντί των ξύλινων που χρησιμοποιούνταν μέχρι τότε. Το 1905 επίσης θα πατεντάρει ένα καινούριο είδος μεταλλικού δοχείου αποθήκευσης γάλακτος.
Δυστυχώς η κακή διαχείριση αλλά και η υπεξαίρεση χρημάτων από υπαλλήλους οδηγούν την επιχείρηση σε πτώχευση.
Η Μπλάι όμως δεν το βάζει κάτω κι επιστρέφει σε αυτό που ξέρει καλά: τη δημοσιογραφία. Έτσι το 1914 πιάνει δουλειά στην εφημερίδα «New York Evening Journal». Το ξέσπασμα του Α' Παγκοσμίου Πολέμου θα την βρει στη Βιέννη, όπου είχε πάει ψάχνοντας καινούριους χρηματοδότες για την επιχείρησή της. Θα παραμείνει εκεί μέχρι το 1918, στέλνοντας συχνά ανταποκρίσεις στην εφημερίδα της σχετικά με την εξέλιξη του πολέμου, μην διστάζοντας να βρεθεί ακόμα και στα πεδία των μαχών. Επιστρέφοντας στις Ηνωμένες Πολιτείες, ασχολήθηκε με την προστασία των ορφανών παιδιών, υιοθετώντας μάλιστα και αυτή ένα το 1921 σε ηλικία 57 ετών.
Στις 9 Ιανουαρίου του 1922 δημοσιεύτηκε το τελευταίο της άρθρο με τίτλο «Nellie Bly, "On Pranks of Destiny». Την ίδια μέρα εισήχθη με σοβαρή βρογχοπνευμονία, στο νοσοκομείο. Η υγεία της ήταν ήδη επιβαρυμένη λόγω καρδιακών προβλημάτων και δεκαοχτώ μέρες αργότερα, στις 27 Ιανουαρίου του 1922, άφησε την τελευταία της πνοή.