Une série radiophonique de NBC, The Martin and Lewis Show, a été diffusée de 1948 à 1953. Martin et Lewis ont fait une apparition clé dans le premier épisode de l’émission d’Ed Sullivan, Toast of the Town, en juin 1948, bien qu’ils soient peut-être apparus plus tôt à la télévision dans Hour Glass, la première émission de variétés télévisée diffusée de mai 1946 à mars 1947, à l’époque où le duo s’est mis en couple officiellement. Les 3 et 10 octobre 1948, l’équipe est la vedette des deux premiers épisodes de l’émission de variétés télévisée en direct Welcome Aboard de NBC – le kinéscope survit de cette émission télévisée en direct dans les archives cinématographiques et télévisuelles de l’UCLA.
Le 3 avril 1949, ils font leurs débuts dans leur version télévisée de leur émission de radio « Martin & Lewis » sur le réseau NBC-TV, avec pour invité Bob Hope, leur émission inaugurale suscitant des critiques peu enthousiastes dans le numéro du 30 avril 1949 du magazine Billboard. Lewis engagea les jeunes auteurs comiques Norman Lear et Ed Simmons pour améliorer leur spectacle. En 1950, Lear et Simmons étaient les principaux scénaristes de Martin et Lewis.
En 1949 également, Martin et Lewis ont été signés par le producteur Hal Wallis de Paramount Pictures comme relève comique pour le film Mon amie Irma.
Martin était ravi d’être hors de la ville de New York, un endroit pour lequel il avait développé une gêne toute sa vie, et il n’était pas non plus un fan des grands immeubles. Martin évitait surtout les ascenseurs à cause de sa claustrophobie. Il n’aimait pas avoir à monter plusieurs volées d’escaliers dans les grands immeubles ou devoir prendre l’ascenseur s’il avait besoin d’aller à un étage élevé. Même lorsque son succès lui a permis de louer un appartement dans un gratte-ciel de Manhattan, il en a choisi un au troisième étage. Il aimait Los Angeles et le fait qu’il y avait peu de grands immeubles.
Leur agent, Abby Greshler, a négocié pour eux l’un des meilleurs contrats d’Hollywood. Ils reçurent 75 000 dollars à eux deux pour leurs films avec Wallis, un salaire respectable dans le cinéma dans les années 1940. Martin et Lewis étaient également libres de tourner un film extérieur par an, qu’ils coproduisaient par le biais de leur propre société York Productions. Leur premier long métrage vedette est le film indépendant At War with the Army (1950). Ils avaient également le contrôle total de leur club, de leurs disques, de leurs apparitions à la radio et à la télévision, et c’est grâce à ces activités que Martin et Lewis ont gagné des millions de dollars. Ils ont fait des apparitions régulières dans l’émission Colgate Comedy Hour de NBC au cours des années 1950.
Leurs émissions de Comedy Hour consistaient en des chansons et des danses musicales tirées de leur numéro en boîte de nuit ou de films, avec le big band de Dick Stabile, de la comédie à sketchs avec du slapstick ou des satires de films et d’émissions de télévision actuels, des chansons en solo de Martin et des pantomimes en solo de Lewis, des numéros physiques ou la direction de l’orchestre. Martin et Lewis sortent souvent de leur personnage, font des ad-lib et brisent le quatrième mur. Ce premier spectacle télévisé a établi leur popularité dans tout le pays.
Bien qu’il y ait eu auparavant un certain nombre d’équipes de films à succès, Martin et Lewis constituaient un nouveau type de duo. Tous deux étaient des amuseurs talentueux, mais le fait qu’ils soient si bons amis sur et en dehors de la scène a porté leur numéro à un niveau supérieur. Lewis a plus tard offert une explication à leur succès:
« Qui étaient les fans de Dean ? Les hommes, les femmes, les Italiens. Qui étaient les fans de Jerry ? Les femmes, les juifs, les enfants. Qui étaient les fans de Martin et Lewis ? Tous… Il y avait des fans qui se fichaient que Lewis soit là ou que Martin chante. Parce que si Dean chantait, c’était Martin et Lewis. Si Jerry devenait fou, c’était Martin et Lewis. »
Martin et Lewis étaient le groupe le plus en vogue en Amérique au début des années 50, ainsi que le groupe le mieux payé du show-business, selon un article du magazine LIFE de 1951 dans lequel le duo était présenté alors qu’il effectuait sa tournée de films la plus réussie pour promouvoir That’s My Boy. Le succès de la tournée est tel que les spectateurs ne veulent pas quitter leur siège, si bien que Martin et Lewis commencent à faire des « spectacles gratuits » après coup, sur des escaliers de secours ou par la fenêtre de leur loge, encombrant les rues de fans en adoration dans l’espoir d’attraper un prix – un chapeau, une chaussure, peut-être un autographe. Cependant, le rythme et la pression ont vite fait de s’épuiser. Martin a généralement le rôle ingrat de l’homme de paille, et son chant n’a pas encore atteint son style unique des dernières années. Les critiques font l’éloge de Lewis, et s’ils admettent que Martin est le meilleur partenaire qu’il puisse avoir, la plupart d’entre eux affirment que Lewis est le véritable talent de l’équipe et qu’il peut réussir avec n’importe qui. Lewis a fait l’éloge de Martin dans son livre Dean & Me, où il a qualifié Martin de l’un des grands génies comiques de tous les temps.
Après cinq ans chez Paramount, Dean Martin commençait à en avoir assez des scénarios le limitant à des rôles romantiques incolores alors que certaines parties de leurs films étaient centrées sur les pitreries de Lewis. La goutte d’eau a fait déborder le vase lorsque le magazine Look a donné à Martin et Lewis une photo de couverture – et a coupé Martin de la photo. Martin remplit consciencieusement le reste de son contrat de film, mais devient de plus en plus désillusionné par son partenariat avec Lewis, ce qui conduit à une escalade des disputes entre eux. Les deux hommes ne peuvent plus travailler ensemble, surtout lorsque Martin déclare rageusement à Lewis qu’il n’est « rien d’autre pour moi qu’un putain de symbole de dollar ». Martin a quitté le spectacle à la première occasion, après leur apparition d’adieu au Copacabana Club le 25 juillet 1956, exactement dix ans après leur première collaboration officielle. Leur dernier film ensemble, Hollywood or Bust, est sorti en décembre de la même année.
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