В 1955 году выходит первый полнометражный комбинированный трюковый фильм Земана — «Путешествие к началу времён», в котором режиссёр сочетает игру актёров с кукольной анимацией и объёмными макетами. Международную известность Земану принес его следующий фильм — «Губительное изобретение» (1958; в советском прокате «Тайна острова Бэк-Кап»), снятый по мотивам романа Жюля Верна «Флаг Родины». В этом фильме окончательно оформился стиль режиссёра. Объединяя игру актёров с различными видами анимации, объёмными макетами и рисованными задниками, Карел Земан стилизует фильм под гравюры первых иллюстраторов романов французского писателя. Фильм получил Гран при на Всемирной выставке 1958 года в Брюсселе; критики и журналисты сравнивали режиссёра с Жоржем Мельесом. Найденного стиля художник придерживался и в последующих трюковых фильмах: в «Бароне Мюнхгаузене» (1961) отправной точкой для него стали рисунки Гюстава Доре, а в «Хронике шута» (1964; в советском прокате «Два мушкетёра») — гравюры XVII века. По мотивам произведений Жюля Верна Земан снял ещё два фильма — «Похищенный дирижабль» (1967) и «На комете» (1970).