廉斯回到了洛杉矶，开始在电影工作室中担任管弦乐队指挥，这期间，他曾与弗朗茨·沃克斯曼、伯纳德·赫尔曼、艾佛瑞·纽曼等着名作曲家合作；并且还曾以钢琴师的身份与杰里·戈德史密斯、埃尔默·伯恩斯坦、亨利·曼西尼合作。这几位电影配乐大师谱写配乐的许多电影，如《谜中谜》、《》等着名电影的音乐，都是由威廉斯来指挥或演奏的。1958年的B级片《》是威廉斯完全独立完成配乐的第一部电影，而他配乐的第一部主流制作电影则是两年后由哥伦比亚电影公司推出的影片《》，很快，威廉斯的作品得到了以好莱坞为代表的美国电影界的注意和肯定。