Étant un des acteurs fétiches d'Alfred Hitchcock, il est la star dans quatre de ses films : La Corde (1948), Fenêtre sur cour (1954), L'homme qui en savait trop (1956) et Sueurs froides (1958). Il apparaît aussi dans beaucoup de westerns classiques, mais aussi dans Harvey (1950), dans Autopsie d'un meurtre (1959) et le rôle-titre dans The Glenn Miller Story (1953).

De par son expérience dans l'aviation, ce fut ensuite pour lui un choix approprié de jouer Charles Lindbergh dans L'Odyssée de Charles Lindbergh (1957). Il apparut également dans d'autres films d'aviation tels que Le Vol du Phénix (1965). Dans un épisode de The World at War (1974), il était un des anciens aviateurs interviewés à propos de sa carrière pendant la Seconde Guerre mondiale. Plus tard dans sa carrière, Stewart essaya un léger changement de son image ; bien qu'étant toujours le héros, il commença à jouer d'une façon plus risquée, avec un côté plus dur.