В начале 1930-х Амальрик переходит на киностудию «Межрабпомфильм». В рисованноим фильме «Блэк энд уайт» (по стихотворению Владимира Маяковского) был впервые упомянут в титрах как режиссёр и художник (наравне с И. П. Ивановым-Вано). Это была значительная постановка, пронизанная гражданским пафосом и любопытная в художественном плане. К середине 1930-х становится самым известным мультипликатором Москвы.
В 1936 г. перешёл на новообразованную киностудию «Союзмультфильм». Вначале работал в жанре политической сатиры: «Журнал политсатиры № 1» (1938), «Победный маршрут» (1939). Затем вместе увлёкся современной сказкой. В 1939 году ставится один из первых удачных цветных анимационных фильмов «Лимпопо». Его фильмы отличаются мягким юмором, тщательно выстроенной композицией, изобретательностью и утонченным лиризмом. Амальрик в основном создавал фильмы для самых маленьких зрителей. Первые годы сотрудничал с режиссером Владимиром Полковниковым. Вместе они создали «Лимпопо», «Павлиний хвост», «Серую шейку», «Высокую горку», «Волшебный магазин». Объединенные схожими творческими стремлениями, режиссеры нашли собственный стиль.
Несмотря на эвакуацию части «Союзмультфильма» в Самарканд, Амальрик остаётся в Москве, где выступает одним из инициаторов съёмок мультипликационного сатирического плаката «Кино-цирк» (1942). На студии «Воентехфильм» работает над инструктивными мультипликационными картинами: например, «Немецкая оборона и ее преодоление».
Первую самостоятельную постановку Леонид Амальрик осуществил в 47 лет - «Стрела улетает в сказку». Он строился на сочетании реального мира со сказочным. Режиссер работал в творческом контакте с драматургом Владимиром Сутеевым и художником Александром Трусовым. Их фильмы «Снеговик-почтовик» (1955) и «Кораблик» (1956) пронизаны детской непосредственностью, добротой, насыщены яркими красками и характерами. В 1958 году Амальрик снял фильм-оперу «Кошкин дом», за который получил первую премию на Х МКФ детских фильмов в Венеции. Экранизация известного стихотворения Самуила Маршака не только высмеивала мещанство и стиляжничество, но и поднимала настроение задорной музыкой, веселыми шутками, блистательной работой аниматоров и актеров Веры Орловой, Георгия Вицина, Сергея Мартинсона, Елены Понсовой, Анастасии Георгиевской.
Начиная с этого фильма, Леонид Алексеевич работал исключительно с художниками Надеждой Приваловой и Татьяной Сазоновой. Среди лучших постановок: «Три дровосека», «Разные колёса», «Две сказки», «Дюймовочка», «Про бегемота, который боялся прививок». Фильмы разные и по стилю, и по динамике. В «Двух сказках» зверята Сутеева демонстрируют преимущества взаимовыручки, в «Трёх дровосеках» Соломинка и Лапоть страдают от бездельника Пузыря, в «Дюймовочке» любимые всеми герои Андерсена разыгрывают щемящую историю страданий самой маленькой девушки на земле, ну а в «Бегемоте» зрителей захватывает вихрь трюков, гэгов и комических ситуаций.
Амальрик не раз возвращался и к сатирическому жанру: «Непьющий воробей», «Бабушкин козлик».
После создания фильма «Терем-теремок» в 1971 г. прекратил работу в кино.
Жена Леонида Алексеевича художник Надежда Михайловна Привалова работала вместе с мужем над многими его мультфильмами.