Eine NBC-Radioserie, The Martin and Lewis Show, lief von 1948-53. Martin und Lewis hatten einen wichtigen Auftritt in der ersten Folge von Ed Sullivans Show Toast of the Town im Juni 1948, obwohl sie möglicherweise schon früher im Fernsehen auftraten, und zwar in Hour Glass, der ersten TV-Varieté-Show, die von Mai 1946 bis März 1947 ausgestrahlt wurde, also in der Zeit, in der sich das Duo zum ersten Mal formell zusammenfand. Am 3. und 10. Oktober 1948 waren die beiden Stars in den ersten beiden Episoden der NBC-Live-TV-Varieté-Show Welcome Aboard – von dieser Live-TV-Sendung ist ein Kineskop im UCLA Film and Television Archive erhalten.
Am 3. April 1949 debütierten sie in der TV-Version ihrer „Martin & Lewis“-Radioshow auf dem NBC-TV-Network, mit dem Gast Bob Hope, wobei ihr Eröffnungsprogramm in der Ausgabe des Billboard-Magazins vom 30. April 1949 glanzlose Kritiken erhielt. Lewis heuerte die jungen Comedy-Autoren Norman Lear und Ed Simmons an, um ihre Show zu verbessern. Bis 1950 waren Lear und Simmons die Hauptautoren für Martin und Lewis.
Auch 1949 wurden Martin und Lewis von Paramount Pictures Produzent Hal Wallis als Comedy-Relief für den Film My Friend Irma verpflichtet.
Martin war begeistert, aus New York City herauszukommen, einem Ort, für den er ein lebenslanges Unbehagen entwickelt hatte, und er war auch kein Fan von hohen Gebäuden. Martin mied Fahrstühle aufgrund von Klaustrophobie. Er mochte es nicht, in hohen Gebäuden mehrere Treppen zu steigen oder den Aufzug nehmen zu müssen, wenn er in ein hohes Stockwerk musste. Selbst als sein Erfolg ihm erlaubte, eine Wohnung in einem Hochhaus in Manhattan zu mieten, wählte er eine im dritten Stock. Er mochte Los Angeles und die Tatsache, dass es dort nur wenige hohe Gebäude gab.
Ihre Agentin, Abby Greshler, handelte für die beiden einen der besten Deals in Hollywood aus. Für ihre Filme mit Wallis erhielten sie zusammen 75.000 Dollar, eine respektable Filmgage in den 1940er Jahren. Martin und Lewis durften außerdem einen Film pro Jahr drehen, den sie über ihre eigene Firma York Productions mitproduzieren würden. Ihr erster Hauptfilm war der unabhängig produzierte At War with the Army (1950). Sie hatten auch die volle Kontrolle über ihren Club, ihre Platten, Radio- und Fernsehauftritte, und durch diese Unternehmungen verdienten Martin und Lewis Millionen von Dollar. In den 1950er Jahren traten sie regelmäßig in der NBC-Sendung Colgate Comedy Hour auf.
Colgate Comedy Hour
Ihre Comedy-Hour-Shows bestanden aus musikalischen Gesangs- und Tanzeinlagen aus ihrem Nachtclub-Act oder Filmen, mit Dick Stabiles Big Band, Sketch-Comedy mit Slapstick oder Satiren auf aktuelle Filme und Fernsehsendungen, Martins Solo-Songs und Lewis‘ Solo-Pantomimen, physischen Nummern oder dem Dirigieren des Orchesters. Martin und Lewis brachen oft aus ihrer Rolle aus, indem sie improvisierten und die vierte Wand durchbrachen. Diese frühe Fernsehshow begründete ihre landesweite Popularität.
Obwohl es schon vorher eine Reihe von sehr erfolgreichen Filmteams gegeben hatte, waren Martin und Lewis eine neue Art von Duo. Beide waren talentierte Entertainer, aber die Tatsache, dass sie auf und abseits der Bühne so gut befreundet waren, hob ihren Auftritt auf ein neues Niveau. Lewis bot später eine Erklärung für ihren Erfolg:
„Wer waren Deans Fans? Männer, Frauen, die Italiener. Wer waren Jerrys Fans? Frauen, Juden, Kinder. Wer waren die Fans von Martin und Lewis? Alle von ihnen… Sie hatten Fans, denen es egal war, ob Lewis auftrat oder ob Martin sang. Denn wenn Dean sang, waren das Martin und Lewis. Wenn Jerry durchdrehte, waren das Martin und Lewis.“
Martin und Lewis waren in den frühen 50er Jahren der heißeste Act in Amerika und auch der bestbezahlte Act im Showbusiness, wie aus einem Artikel des LIFE Magazins aus dem Jahr 1951 hervorgeht, in dem das Duo während ihrer erfolgreichsten Filmtournee für That’s My Boy vorgestellt wurde. Die Tournee war so erfolgreich, dass die Zuschauer ihre Sitze nicht mehr verlassen wollten, so dass Martin und Lewis begannen, anschließend „kostenlose Shows“ auf Feuerleitern oder aus den Fenstern ihrer Umkleidekabinen zu veranstalten und die Straßen mit bewundernden Fans zu blockieren, die hofften, einen Preis zu ergattern – einen Hut, einen Schuh, vielleicht ein Autogramm. Doch das Tempo und der Druck forderten bald ihren Tribut. Martin hatte meist den undankbaren Job des „straight man“, und sein Gesang hatte sich noch nicht zu seinem einzigartigen Stil der späteren Jahre entwickelt. Die Kritiker lobten Lewis, und obwohl sie zugaben, dass Martin der beste Partner war, den er haben konnte, behaupteten die meisten von ihnen, dass Lewis das wahre Talent des Teams war und mit jedem Erfolg haben konnte. Lewis lobte Martin in seinem Buch Dean & Me, in dem er Martin als eines der großen komischen Genies aller Zeiten bezeichnete.
Nach fünf Jahren bei Paramount wurde Dean Martin der Drehbücher überdrüssig, die ihn auf farblose romantische Hauptrollen beschränkten, während sich Teile ihrer Filme um die Eskapaden von Lewis drehten. Der letzte Strohhalm kam, als das Look-Magazin Martin und Lewis ein Titelfoto schenkte – und Martin aus dem Bild schnitt. Martin erfüllte pflichtbewusst den Rest seines Filmvertrags, wurde aber zunehmend desillusioniert über seine Partnerschaft mit Lewis, was zu eskalierenden Auseinandersetzungen zwischen den beiden führte. Die beiden konnten nicht mehr zusammenarbeiten, vor allem als Martin wütend zu Lewis sagte, er sei „nichts für mich als ein verdammtes Dollarzeichen.“ Martin verließ die Nummer bei der ersten Gelegenheit, nach ihrem Abschiedsauftritt im Copacabana Club am 25. Juli 1956, genau zehn Jahre nach ihrer ersten offiziellen Zusammenarbeit. Ihr letzter gemeinsamer Film, Hollywood or Bust, wurde im Dezember veröffentlicht.