Gemeinsam mit Julio García Espinosa baute er die Filmabteilung der Rebellen-Armee auf und beteiligte sich am Aufstand gegen die Batista-Diktatur. Nach der siegreichen Revolution realisierte Tomás Gutiérrez Alea 1959 seinen kurzen Dokumentarfilm "Das ist unser Land" ("Esta tierra nuestra") über die Bauernvertreibung in Kuba vor dem Sieg der Revolution und unterstützte Julio García Espinosa bei dem Dokumentarbericht über die Feier zum 6. Jahrestag des Sturms auf die Moncada-Kaserne in Santiago de Cuba, "Sechster Jahrestag" ("Sexto aniversario"). An der Gründung und am Aufbau des kubanischen Filminstituts Instituto Cubano del Arte e Industria Cinematográficos (ICAIC) war er 1959 gemeinsam mit Alfredo Guevara, Santiago Álvarez, José Massip, Manuel Octavio Gómez und Julio García Espinosa beteiligt. 1960 drehte Tomás Gutiérrez Alea den Dokumentarfilm "Generalversammlung" ("Asamblea general") über die Versammlung, auf der die 1. Deklaration von Havanna angenommen wurde. Den ersten Spielfilm nach der Revolution verwirklichte Tomás Gutiérrez Alea 1960: "Geschichten der Revolution" ("Historias de la revolución"). Dieser Episodenfilm entfaltet ein weites Bild vom Kampf des kubanischen Volkes gegen die Diktatur Fulgencio Batistas (1952–1958). Kameramann zweier Episoden war Otelleo Martell, der bereits in Italien bei Roberto Rossellini "Stromboli" ("Stromboli, terra di dio") (1949) und Federico Fellini "Das süße Leben" ("La dolce vita", 1959) die Kamera führte. Für die kubanische Wochenschau drehte Tomás Gutiérrez Alea 1961 zusammen mit Santiago Alvarez den Dokumentarfilm "Tod den Invasoren" ("Muerte al invasor") über die gescheiterte Invasion der Exilkubaner in der Bahia de Cochinos (Schweinebucht).