一九二一年，牛原虚彦为村田实导演的影片《路上的灵魂》撰写了剧本，并且亲自在该片中出演了一个角色。此后，他正式转入松竹蒲田制片厂，开始担任导演职务，其执导的首部电影便是《山中暮色》（1921年）。紧接着，他又陆续拍摄了包括《回到山里去》在内的多部作品。自一九二四年起，牛原将创作方向转向商业影片，相继推出了《无花果》、《大地微笑》等一系列迎合市场需求的电影。在研究所解散之后，他重返蒲田摄影所，执导了由井上正夫主演的《噫无情》等影片。一九二六年，牛原远赴好莱坞进行业务学习，期间加入了卓别林的摄制团队，协助拍摄《马戏团》，并深入学习了当时先进的电影技术。回国后，他创作了日本电影史上第一部体育题材影片《陆上之王》（1928年），以及《他和东京》（1928年）、《他和田园》（1928年）和《他和人生》（1928年）这三部被统称为“他”系列的作品。这些电影以描绘青春与成长为核心主题，富有鲜明的时代气息，因而获得了观众的热烈欢迎。一九三〇年，为了深入研究有声电影技术，牛原前往欧洲考察学习。经过两年多的潜心钻研，他于一九三三年回到日本，并加入了日活太秦摄影所。次年，他又转入新兴电影京都摄影所继续其导演事业。一九三七年，他所推出的《南风萨摩歌》等影片，已经逐渐失去了默片时期那种清新质朴的艺术风格。一九四九年，在完成了被视为特摄电影开端之作的《虹男》后，随着新兴电影公司被合并入大映，牛原便从此淡出了电影制作的第一线。一九五〇年，日本大学艺术学院电影系邀请他担任客座教授，至一九五六年他出任系主任一职，同年还被选为威尼斯国际电影节评委会成员。一九五七年三月，牛原虚彦以团长身份，率领一支十一人的日本电影访华代表团对中国进行了友好访问。一九七五年，他出任日活艺术学院院长，在教育事业上倾注心力，培养并引导了众多后来的电影人才。一九八五年五月二十日，牛原虚彦在东京逝世。
山中暮色（1921年）母いづこ（1922年）噫无情 第一篇 放浪の巻（1923年）子供の世界（1924年）大地は微笑む（1925年）恋の选手（1925年）他和东京（1928年）他和田园（1928年）陆の王者（1928年）大都会 労働篇（1929年）大都会 爆発篇（1930年）若者よなぜ泣くか（1930年）南风萨摩歌（1937年）