1929 unterzeichnete Sammy Lee einen Vertrag mit Metro-Goldwyn-Mayer. Sein erster Film war das Musical "The Hollywood Revue of 1929". 1930 verließ er das Studio wieder um weiterhin an Theatermusicals zu arbeiten. 1933 kehrte Lee dann nach Hollywood zurück, diesmal jedoch zur 20th Century Fox. Nun stellte sich auch der Erfolg ein. U. a. arbeitete Lee an dem bekannten Musical "Ich tanze nur für Dich" ("Dancing Lady"). Zwei Mal wurde er für einen Oscar in der ehemaligen Kategorie "Beste Tanzregie" nominiert, 1936 für "King of Burlesque" und 1938 für "Ali Baba Goes to Town". 1937 ging er wieder zurück zu MGM. Hier arbeitete er nicht nur als Tanzdirektor für Filmmusicals. Bei 20 Kurzfilmen führte er auch Regie. 1944 und 1945 wurde er auch an andere Studios, wie z. B. Columbia Pictures, ausgeliehen. Seine letzte Filmarbeit legte er 1945 für Paramount Pictures ab ("Banditen ohne Maske").