從1924年起，顧毓琇先後寫出了《荊軻》、《西施》、《蘇武》、《項羽》等一係列曆史劇。
1925年3月28日，在波士頓美術劇院公演顧毓琇編導的四幕及一尾聲的《琵琶記》，由梁實秋譯成英文。顧毓琇飾宰相、冰心飾宰相之女，梁實秋飾蔡中郎、謝文秋飾趙五娘，沈宗濂飾瘋子。聞一多特從紐約趕來繪畫布景和為冰心化裝。中國現代戲劇以其獨特的形式和纏綿感人的內容首次在美國出現，大開美國人的眼界，博得當地各報一致好評。波士頓向為音樂戲劇中心，中國現代戲劇的開拓者餘上沅和熊佛西當時均在美國紐約，因此中國的話劇運動，實是這時從紐約和波士頓開始。不久，英文《琵琶記》在紐約由美國人演出，飾趙五娘的Nancy Reagan，以後成為美國總統夫人。
同年4月，聞一多為《琵琶記》賦詩一首：
一代風流薄幸哉，鍾情何處不優俳？
琵琶要作誅心論，罵死他年蔡伯喈。
1929年，顧毓琇學成歸國後任浙江大學工學院電機係主任。1930年，他在杭州觸景生情所寫神話曆史劇《白娘娘》於深埋60年之後，才在1992年由上海戲劇學院於上海公演。兩年以後，原班人馬又遠赴新加坡公演，深得好評。
1931年，顧毓琇改任中央大學工學院院長。1932年“一·二八”事變後，他帶領中大學生到南京車站恭送十九路軍開赴上海參加鬆滬會戰。回來時，翻閱《荊軻》舊作，幾千年後猶聞悲歌之聲“風蕭蕭兮易水寒，壯士一去兮不複還”不勝黯然。旋即，顧毓琇將《荊軻》劇本付印單行本，請吳稚暉題簽，後經清華同學應尚能為《荊軻》作的插曲在大後方音樂會上演唱。
1932年3月，顧毓琇所編四幕曆史劇《嶽飛》單行本問世，由張靜江題簽。該劇於1940年4月1日起，由國立劇專在重慶國泰大戲院公演，連演四日，場場爆滿，激發起中國人民鋤奸抗日的高度愛國熱情。到第五日，由國民外交協會招待英、美、法、駐華大使及其他外交使節觀看，並各贈以“還我河山”紀念旗幟一麵，以示中國人民抗戰到底的決心。這次演出後，國立劇專每年都到四川各地巡回公演，收到良好宣傳效果，直演到抗日戰爭勝利。
1932年秋，顧毓琇回到母校清華大學任電機係主任，1933年升任工學院院長。1937年9月初，顧毓琇隨清華大學遷到長沙，時清華大學和北京大學及南開大學合組成長沙臨時大學，不久又遷昆明改名西南聯合大學。此刻，國立劇專餘上沅及曹禺均滯留長沙。曹禺是清華校友，顧毓琇與曹禺師友之誼甚深。他倆在長沙共度中秋佳節之時，天雨無月，秋雲密布，漫步於泥濘路上，憂國之思油然而生。在閑談中，曹禺問顧毓琇：“抗戰之勝，靠得住嗎？”顧毓琇回答：“如知識分子認為有希望，則抗戰必勝，反之則不勝。”往後事實證明，中國廣大知識分子出於中華民族的自豪感，對抗戰必勝具有堅強的信心，從而對抗戰作出了許多卓越貢獻，功不可沒。
同年冬，顧毓琇根據當年長沙被日機轟炸情況寫成抗戰劇《古城烽火》，曹禺也寫成《蛻變》一劇。《古城烽火》於1938年9月9日由國立劇專在重慶公演，抗戰勝利後，又在上海公演一次。《蛻變》以後在重慶上演時，國民黨宣傳部有意見，經時任教育部政務次長的顧毓琇介入調停，修改了劇本中幾句話，才獲通過。
1990年2月，《顧毓琇選集》精裝本由北京商務印書館出版。這是顧毓琇開拓中國話劇的總結，永垂中國戲劇史，堪為後人借鏡。該選集由江澤民主席題簽，曹禺作序《顧毓琇與我》。