В 1906 году Сук возглавил Большой театр, достигнув здесь вершин исполнительского творчества. В Большом театре руководил постановками опер «Каменный гость» (мировая премьера новой редакции в 1906 году), «Осуждение Фауста», «Руслан и Людмила», «Снегурочка», «Сказание о невидимом граде Китеже и деве Февронии», «Евгений Онегин», «Майская ночь», «Золотой петушок», «Валькирия», «Зигфрид», «Кармен», «Лоэнгрин», «Саломея». В 1924 году Станиславский пригласил дирижёра возглавить свою Оперную студию. Сук был главным дирижёром Большого театра и Оперного театра им. Станиславского до конца жизни. Его именем названо одно из фойе Большого театра.