В 1947 году в свет вышел первый сборник рассказов Брэдбери — «Темный карнавал». В него вошло написанное в 1943-1947 гг. Впервые появились персонажи: дядюшка Энар (прототип — дядя Рэя, также позже в рассказах встречаются имена другого дяди — Биона и тёти Невады (её в семье называли Невой)) и «Странница» Сеси. Публикой сборник был встречен довольно прохладно.

Летом 1949 года Рэй, с целью продвижения своих произведений, приехал в Нью-Йорк, где поселился в хостеле Американской ассоциации молодых христиан. Он предлагал свои рассказы в 12 нью-йоркских издательств, но ими никто не заинтересовался. К счастью, литературный агент Брэдбери — Дон Конгдон, вышел на издательство «Doubleday», которое в это время готовило сборник НФ. И Брэдбери заинтересовал издателя-однофамильца — Уолтера Брэдбери. Он согласился издать Рэя при условии, что рассказы будут тематически объединены в роман. Писатель за ночь изложил общий обзор будущего романа в виде эссе и предоставил его издателю — это была цепочка из сюжетов ранних рассказов о Марсе, собранная в единое произведение, те самые «Марсианские хроники». Брэдбери провел параллель между освоением героями романа Марса и прибытием колонизаторов на Дикий Запад. Роман завуалировано показывал несовершенство и ошибки человечества. Книга перевернула представление о научной фантастике. Брэдбери (небезосновательно) считал «Хроники» лучшим своим произведением.

Всемирное признание пришло к писателю в 1953 году — после выхода романа «451 градус по Фаренгейту». В основу легли 2 его ранних рассказа: «Пожарный» (издан не был) и «Пешеход». Публикация вышла частями в начавшем тогда набирать популярность журнале «Playboy».

В эпиграфе книги сказано, что F 451 — температура воспламенения бумаги. Сюжет романа рассказывает о тоталитарном обществе, поставившем во главу угла приобретение материальных ценностей. Книги, заставляющие читателя мыслить, подлежат сожжению вместе с домами их владельцев. Главный герой — пожарный Гай Монтэг, участвующий в сожжении книг, считает, что делает правильное, нужное дело, пока не встречает 17-летнюю девушку Клариссу. Знакомство переворачивает его мировоззрение.

Роман подвергся жёсткой цензуре: издательство «Ballantine Books» для средних школ было переделало и исключило около 70 эпизодов. Издавать роман без сокращений стали только в 1980 году, после неоднократных требований писателя.

В 1956 году, несмотря на негативные комментарии в идеологических изданиях, роман вышел в СССР. В 1966 году постановщиком из Франции Франсуа Трюффо была снята экранизация романа. В 1984 году на ЦТ вышел телеспектакль «Знак Саламандры» («Этот фантастический мир», выпуск 10) .

В 1957 году была опубликована отчасти биографическая книга «Вино из одуванчиков». Эта повесть Брэдбери не похожа на остальные его произведения. В ней затронуты детские переживания автора. Сюжет повествует о летних приключениях 1928 года братьев Тома и Дугласа Сполдингов, живущих в маленьком городке Грин Таун. Прототипом 12-летнего Дугласа и был сам Рэй, а главный взрослый персонаж носит имя Леонард Сполдинг.

Брэдбери планировал создать более объемное произведение, но издатель Уолтер Брэдбери настоял на разделе повести на 2 части. Вторая часть — «Лето, прощай!», увидела свет лишь через 50 лет — в 2006 году.