Nel 1863 anche Luigi raggiunse la famiglia nella capitale francese, anche al fine di assistere il padre ammalato. In quegli anni, Loir si stabilì a Neuilly-sur-Seine. Frequentando Parigi, Loir entrò in contatto con Jean Pastelot, pittore e caricaturista, e divenne suo allievo. Sotto la guida di Pastelot, Loir estese i suoi orizzonti artistici, sperimentando varie forme di figurazione, tra cui l'illustrazione di libri e la decorazione. Nel 1865 esordì al Salon presso il Louvre, con un'opera intitolata "Paysage à Villiers-sur-Seine", che gli valse un notevole successo di critica. Dal debutto Loir passò a frequenti esposizioni con quadri raffiguranti vari paesaggi di località francesi tra cui Auteuil, Bercy e Puteaux: ma le sue più celebri opere sono le vedute della città di Parigi, ritratta nelle sue strade e nelle sue situazioni di vita quotidiana. Il giornalista e critico Octave Uzanne ne sottolineò l'abilità nel rappresentare la «"Paris des Parisiens"» (Parigi dei parigini). Nel 1870 Loir partecipò alle battaglie di Le Bourget durante la guerra franco-prussiana. I suoi quadri ottennero diversi riconoscimenti, tra cui medaglie nel 1879, nel 1886, e nel 1889 presso l'Esposizione universale di Parigi.