James fez diversas apresentações até ser convidado para um teste cinematográfico. O resultado foi nulo. Depois que sua peça Divided by Three encerrou sua temporada na cidade, o jovem ator encontrava-se sem dinheiro algum e sem perspectivas para o futuro. Nessa ocasião, recebe um telegrama da Metro Goldwyn Mayer, o estúdio vira seu teste e chamava-o a Hollywood imediatamente. Jimmy embarcou naquela mesma noite, chegando com a exata quantia de oito dólares e 63 centavos, a roupa do corpo, além de uma coleção de gravatas e colarinhos. No dia seguinte, deram-lhe um pequeno papel em Entre a Honra e a Lei. Na tarde desse mesmo dia fez sua primeira cena. Era muito simples e tudo o que tinha a fazer era atravessar a rua até a porta de um café. Mas a multidão de extras, o sol causticante, os refletores e as câmeras assustaram-no de tal modo que ele sentiu chumbo nos pés e mal conseguiu andar. Ao chegar à porta do café, esquecera todas as palavras do diálogo. Foi obrigado a repetir tudo e esse foi, conforme declarou mais tarde, o pior momento de sua vida.
Mas os chefes dos estúdios descobriram naquele rapaz desajeitado uma nova personalidade cinematográfica. Deram-lhe um contrato e colocaram-no em Rose Marie, onde seu trabalho foi rápido mas expressivo. Seguiu-se depois o namorado de Jean Harlow em Ciúmes. O diretor do filme, Clarence Brown, afirmaria depois que a cena em que James está no táxi, a espera de Jean, foi um dos mais notáveis exemplos de representação sutil e emotiva que o cinema apresentara. Cada dia Jimmy conquistava mais fãs. Amemos Outra Vez, com Margaret Sullavan, foi um desempenho admirável. Todos simpatizaram com o rapaz simplório de Garota do Interior. Sua pergunta a Janet Gaynor: levante o queixo, tornou-se famosa. Depois, ganhou o papel principal em Volante Ciclone. Seguiu-se um papel pequeno mas importante em Mulher Sublime, ao lado de Joan Crawford, onde novamente ele destinou um notável poder de emoção a seu personagem. Sua timidez infantil e seu sorriso de garoto logo o transformariam num dos grandes favoritos da tela. Nos difíceis momentos da Depressão, sua figura apareceu para fazer milhões de mulheres sonharem com ele, e ser a inspiração de milhões de homens.
Stewart foi o primeiro astro do cinema a entrar para o serviço militar durante a 2ª Guerra Mundial. Serviu na Aeronáutica norte-americana, tendo sido recrutado um ano antes do ataque japonês a Pearl Harbor. Em 1959, já na reserva, foi nomeado brigadeiro. Graças aos diretores Frank Capra e Alfred Hitchcock, ele se tornou um dos mais memoráveis atores norte-americanos. A Mulher faz o Homem o impulsionou à fama e a partir daquele momento, tornou-se um dos astros mais requisitados, participando em mais de 80 filmes. James Stewart faleceu aos 89 anos, em 2 de julho de 1997.
