Al año siguiente, cuando tenía veintiséis años, viajó a Perú, donde trabajaba su futuro esposo, Hans-Wilhelm Koepcke, también zoólogo, en el Museo de Historia Natural en Lima, quien la instó a ir donde tendría ella la oportunidad para aplicar todos sus conocimientos científicos «en un país maravilloso».
Su hija Juliane Koepcke de diecisiete años milagrosamente fue la única superviviente, cayendo en la selva amazónica atrapada en su butaca.
Su primera publicación tuvo por título: Las aves del departamento de Lima, en la cual incluyó sus propias ilustraciones y fotografías.
Posteriormente se dedicaron a viajar por todo Perú, lo que les sirvió realizar la publicación de veintidós trabajos en alemán, inglés y español sobre las aves de Perú y once sobre la fauna y el medio ambiente de Perú, gracias a las cuales obtuvieron prestigio internacional.
María Koepcke fue la principal representante del Perú en diversos eventos ornitológicos mundiales.