Seria radiowa NBC, The Martin and Lewis Show, trwała w latach 1948-53. Martin i Lewis dokonali kluczowego wyglądu na pierwszym odcinku programu Eda Sullivana, Toast of the Town, w czerwcu 1948 roku, chociaż mogli pojawić się w telewizji wcześniej na Hour Glass, pierwszym telewizyjnym variety show, który emitowany był od maja 1946 roku do marca 1947 roku, w czasie, gdy duet po raz pierwszy sparował formalnie. W dniach 3 i 10 października 1948 roku, zespół był gwiazdą w dwóch pierwszych odcinkach NBC na żywo telewizyjnego programu rozrywkowego Welcome Aboard – kineskop zachował się z tej transmisji telewizyjnej na żywo w UCLA Film and Television Archive.
3 kwietnia 1949 r. zadebiutowali w telewizyjnej wersji swojego programu radiowego „Martin & Lewis” w sieci NBC-TV, z gościem Bobem Hope, z ich inauguracyjnym programem rysującym słabe recenzje w wydaniu magazynu Billboard z 30 kwietnia 1949 r. Lewis zatrudnił młodych komediopisarzy Normana Leara i Eda Simmonsa, aby poprawić jakość ich występu. Do 1950 roku, Lear i Simmons byli głównymi pisarzami dla Martina i Lewisa.
W 1949 roku, Martin i Lewis zostali podpisani przez producenta Paramount Pictures Hala Wallisa jako komediowa pomoc przy filmie Moja przyjaciółka Irma.
Martin był zachwycony, że wyjechał z Nowego Jorku, miejsca, do którego przez całe życie odczuwał dyskomfort, a poza tym nie był fanem wysokich budynków. Martin przeważnie unikał wind z powodu klaustrofobii. Nie lubił pokonywać wielu pięter schodów w wysokich budynkach, ani jeździć windą, gdy musiał dostać się na wysokie piętro. Nawet gdy sukces pozwolił mu na wynajęcie mieszkania w wieżowcu na Manhattanie, wybrał to na trzecim piętrze. Podobało mu się Los Angeles i fakt, że było tam niewiele wysokich budynków.
Jego agentka, Abby Greshler, wynegocjowała dla nich jedną z najlepszych umów w Hollywood. Otrzymali 75,000 dolarów za filmy z Wallis, co w latach 40-tych było poważnym wynagrodzeniem. Martin i Lewis mieli również prawo do realizacji jednego filmu rocznie, który mieli współprodukować w ramach własnej firmy York Productions. Ich pierwszym filmem z udziałem gwiazd był niezależnie wyprodukowany At War with the Army (1950). Mieli również pełną kontrolę nad swoim klubem, płytami, występami w radiu i telewizji, i to właśnie dzięki tym przedsięwzięciom Martin i Lewis zarobili miliony dolarów. W latach 50. regularnie występowali w NBC’s Colgate Comedy Hour.
Ich występy w Comedy Hour składały się z muzycznych piosenek i tańca z ich aktu w klubie nocnym lub filmów, z big bandem Dicka Stabile’a, komedii skeczowej ze slapstickiem lub satyry aktualnych filmów i programów telewizyjnych, solowych piosenek Martina i solowych pantomim Lewisa, numerów fizycznych lub dyrygowania orkiestrą. Martin i Lewis często wychodzili poza swoją postać, wygłaszali kwestie i łamali czwartą ścianę. Ten wczesny program telewizyjny ugruntował ich popularność w całym kraju.
Ale wcześniej istniało wiele zespołów filmowych odnoszących ogromne sukcesy, Martin i Lewis byli nowym rodzajem duetu. Obaj byli utalentowanymi konferansjerami, ale fakt, że byli tak dobrymi przyjaciółmi na scenie i poza nią, wyniósł ich występ na nowy poziom. Lewis zaproponował później wyjaśnienie ich sukcesu:
„Kim byli fani Deana? Mężczyźni, kobiety, Włosi. Kim byli fani Jerry’ego? Kobiety, Żydzi, dzieci. Kim byli fani Martina i Lewisa? Wszyscy… Mieliście fanów, których nie obchodziło, że Lewis gra, albo że Martin śpiewa. Bo jeśli Dean śpiewał, to był Martin i Lewis. Jeśli Jerry szalał, to był Martin i Lewis”.
Martin i Lewis byli najgorętszym aktem w Ameryce podczas wczesnych lat ’50, jak również najwyżej opłacanym aktem w show-biznesie według artykułu z 1951 roku w magazynie LIFE, w którym duet został przedstawiony podczas ich najbardziej udanej trasy filmowej promującej That’s My Boy. Trasa była tak udana, że widzowie nie chcieli opuszczać swoich miejsc, więc Martin i Lewis zaczęli robić „darmowe występy” na schodach przeciwpożarowych lub przez okna garderoby, zapychając ulice wielbicielami mającymi nadzieję na zdobycie nagrody – kapelusza, buta, a może autografu. Jednak tempo i presja wkrótce dały o sobie znać. Martinowi zwykle przypadała niewdzięczna rola prostego człowieka, a jego śpiew nie zdążył się jeszcze rozwinąć w swój niepowtarzalny styl z późniejszych lat. Krytycy chwalili Lewisa i choć przyznawali, że Martin był najlepszym partnerem, jakiego mógł mieć, większość z nich twierdziła, że Lewis był prawdziwym talentem zespołu i mógł odnieść sukces z każdym. Lewis chwalił Martina w swojej książce Dean & Me, gdzie nazwał Martina jednym z wielkich komicznych geniuszy wszech czasów.
Po pięciu latach w Paramount, Dean Martin stawał się zmęczony scenariuszami ograniczającymi go do bezbarwnych romantycznych leadów, podczas gdy część ich filmów skupiała się na wybrykach Lewisa. Ostatnim kroplą, która przelała czarę goryczy było zdjęcie Martina i Lewisa na okładkę magazynu Look, na którym Martin został wykadrowany. Martin sumiennie wypełnił resztę swojego kontraktu filmowego, ale stawał się coraz bardziej rozczarowany współpracą z Lewisem, co doprowadziło do eskalacji kłótni między nimi. Nie mogli już dłużej pracować razem, zwłaszcza gdy Martin ze złością powiedział Lewisowi, że jest on dla mnie „niczym więcej, jak tylko pieprzonym znakiem dolara”. Martin opuścił zespół przy pierwszej nadarzającej się okazji, po ich pożegnalnym występie w klubie Copacabana 25 lipca 1956 roku, dokładnie dziesięć lat po ich pierwszym oficjalnym występie. Ich ostatni wspólny film, Hollywood or Bust, został wydany w grudniu tego samego roku.