1937年，李麗華回上海探親，由於蘆溝橋事變，抗日戰爭爆發，她滯留上海沒能返回北平。一次，藝華影業公司老板嚴春堂到李麗華家作客，見到了她，認為她很適合上銀幕，就邀請她去拍電影。她帶著好奇心去試了鏡頭，當即被安排在《英烈傳》中擔任女主角。這時，藝華公司要搶拍影片《三笑》，要李麗華放下《英烈傳》，出演《三笑》中的秋香。影片上映後，李麗華一舉成名，這一年她16歲。
李麗華主演的《三笑》有兩首插曲，一是葉舫詞嚴華曲的《深閨吟》，由李麗華演唱；另一首《愛秋香》，葉舫詞金玉穀曲，由笑星韓蘭根演唱。這兩首歌在觀眾中都沒有引起多大反響，李麗華的第一首電影歌曲沒有唱紅。
這一年，李麗華為“藝華”主演了《三笑》、《合同記》、《三笑續集》、《隱身女俠》、《啼笑姻緣》和《千裏送京娘》等6部影片。她每片必歌，終於唱紅了《千裏送京娘》的同名主題歌。“柳葉青又青，妹坐馬上哥步行……”李麗華的歌聲迅速傳遍大江南北，流傳到東南亞各地，影壇成名的李麗華，歌壇上也開始閃耀她的名字。《千裏送京娘》是她的成名曲。這首歌由葉舫作詞，嚴個凡譜曲，她是葉舫、嚴個凡為電影歌壇推出的一顆閃亮的星。1941年，李麗華在她主演的影片《新茶花女》中，又唱紅了葉舫詞嚴個凡曲的《天上人間》，這兩首歌至今曆久不衰，是中國電影歌曲曆史上的傳世名曲。
1941年，李麗華唱紅的電影歌曲，還有影片《複活》的插曲《小山歌》，《魂斷藍橋》的同名插曲《魂斷藍橋》。1942年又唱紅了《花月良宵》的同名插曲。她的歌聲甜美圓潤，迅速地追趕著比她先期出道的歌影雙棲紅星。
1942年—1945年的“中聯”、“華影”時期李麗華主演過《秋海棠》、《博愛》、《賣花女》、《淩波仙子》、《雪梅風柳》、《寒山夜雨》、《斷腸風月》、《春江遺恨》、《藝海恩仇記》等10部影片，演唱了它們的主題歌和插曲。
從1940年開始，李麗華一麵演唱電影歌曲，一麵灌錄時代曲唱片，嚴華、姚敏、陳歌辛、李厚襄、厲遲、趙競、嚴工上、嚴折西等作曲家都為李麗華寫歌。她灌錄唱片的時代曲，最走紅的有鮑誌超（包乙）詞，嚴華曲，並由嚴華和她對唱的《百鳥朝鳳》，姚敏詞曲，由姚敏和她對唱的《郎情妹意》，李厚襄寫詞並選曲，也由姚敏和她對唱的《花鑼花鼓》，以及江濤詞，陳歌辛曲的《西湖春》等。
1947年，上海文華影業公司拍攝喜劇片《假鳳虛凰》，由李麗華、石揮主演，此片在美國上映後反響熱烈，李麗華成為中外聞名的影星。1948年，她又為“文華”主演了一部由曹禹編導的影片《豔陽天》，拍完這部影片李麗華去了香港。
1946年，李麗華曾和山東煙台張裕釀酒公司的小主人張緒普結婚，1948年李麗華去香港後就結束了這份婚姻關係。在香港她主演了《誤佳期》、《詩禮傳家》、《火鳳凰》、《雪裏紅》等多部影片。這些影片的主題歌和插曲—《小喇叭》、《我要跟著你》、《雪裏紅》等，經李麗華演唱並灌錄唱片後，在香港和東南亞地區又火爆走紅。當時，新加坡的許多歌星都在歌台演唱這些歌。
由於知名度越來越高，1956年李麗華應邀赴美國，與好萊塢著名男影星維克多?麥丘聯袂主演影片《飛虎嬌娃》，成為第一位赴美國拍片的中國影星。
美國歸來，李麗華與著名影星兼導演嚴俊結婚。1957年12月1日，他們的婚禮在香港九龍太子道的聖德勒撒教堂舉行，十分轟動。