Un an plus tard, il réussit à intégrer l’Atelier Ullmann en tant que photographe publicitaire. En 1931, Robert Doisneau rencontre Pierrette Chaumaison avec qui il se marie trois ans plus tard ; il devient cette même année l’opérateur d’André Vigneau avec lequel il découvre la Nouvelle Objectivité photographique.

En 1932, il vend son premier reportage photographique, qui est diffusé dans l’Excelsior.

En 1934, le constructeur automobile Renault de Boulogne-Billancourt, l’embauche comme photographe industriel, mais, du fait de ses retards successifs, il se fait renvoyer cinq ans plus tard, en 1939.

Désormais sans emploi, Robert Doisneau tente de devenir photographe illustrateur indépendant. Il rencontre, peu avant le début de la Seconde Guerre mondiale, Charles Rado, fondateur de l’agence Rapho. Son premier reportage, sur le canoë en Dordogne, est interrompu par la déclaration de guerre et la mobilisation générale.

Après la Seconde Guerre mondiale, Robert Doisneau devient photographe indépendant en intégrant officiellement, dès 1946, l’agence de photographie Rapho. C'est sans doute à cette époque que se manifeste l'influence réciproque entre lui et JacqueIl se met alors à produire et à réaliser de nombreux reportages photographiques sur des sujets très divers : l’actualité parisienne, le Paris populaire, des sujets sur la province ou l’étranger (URSS, États-Unis, Yougoslavie, etc.). Certains de ses reportages paraîtront dans des magazines comme Life, Paris Match, Réalités, Point de vue, Regards, etc.

En 1947, il rencontre Robert Giraud, chez l'antiquaire Romi, c’est alors le début d'une longue amitié et d'une fructueuse collaboration. Doisneau publiera une trentaine d’albums dont La Banlieue de Paris (Seghers, 1949), avec des textes de Blaise Cendrars. Il travaillera un temps pour Vogue, de 1948 à 1953 en qualité de collaborateur permanent. Il est aussi ami de Jacques Yonnet et ses photos illustrent son fameux Enchantements sur Paris (Denoël, 1954)