В 1920 году в жизни Пудовкина происходит крутой поворот. Ошеломлённый картиной Гриффита «Нетерпимость», он поступает в Первую государственную школу кинематографии при Всероссийском фотокиноотделе Наркомпроса.
Пудовкин занимался в классе Владимира Гардина, известного режиссёра, актёра, сценариста, затем перешёл в мастерскую Льва Кулешова.
«Пять лет я работал в группе Кулешова, выполняя буквально все задания, которые возможны в кинопроизводстве. Я писал сценарии, рисовал эскизы, строил декорации, играл маленькие и большие роли, ставил отдельные сцены и, наконец, монтировал», — вспоминал впоследствии Пудовкин.
В феврале 1923 года в журнале «Кино» появляется его первая теоретическая статья «Время в кинематографе» о взаимоотношениях между кино и музыкой.
В 1924 году Пудовкин женился на актрисе Анне Николаевне Земцовой (снималась в кино под именем Анна Ли). Земцова сыграет главную героиню в его фильме «Шахматная горячка» и роль курсистки-революционерки Анны в «Матери», после чего посвятит себя домашним заботам. «Ей я обязан не только своими первыми самостоятельными шагами в режиссёрской работе, но и многими из тех побед над собой… в которых помощь и поддержка искреннего друга играют иной раз решающую роль», — отмечал Всеволод Илларионович.
После ухода из коллектива Кулешова Пудовкин рисовал карикатуры для журнала «Безбожник». Зимой он работал над книгами о кинорежиссуре и сценарном искусстве, а весной 1925 года поступил на студию «Межрабпом-Русь».
Здесь началось многолетнее сотрудничество режиссёра с оператором Анатолием Головнёй.
Учитывая большой интерес Пудовкина к естественным наукам, руководство студии поручило ему постановку научно-популярного фильма «Поведение человека» («Механика головного мозга») (1926), излагающего сущность опытов и учения физиолога И. П. Павлова.
Фильм получил высокую оценку Рокфеллеровского института в США, использовался в качестве учебного пособия в университетах Англии. И даже знаменитый Иван Павлов, посмотрев «Механику…», подобрел к кинематографу.
В январском номере «Киножурнала» за 1925 год была опубликована статья Пудовкина «Принцип сценарной техники». Вслед за ней он пишет ставшие всемирно известными книги «Кинорежиссёр и киноматериал» и «Киносценарий».
Предложение одного из руководителей «Межрабпома» М. Алейникова поставить фильм по роману «Мать» М. Горького было для Пудовкина неожиданным: идея экранизации романа представлялась маловероятной. Но вот однажды, как рассказывал биограф Пудовкина профессор Н. Иезуитов, в воображении режиссёра возникает платформа железнодорожной станции и на платформе труп женщины, растерзанной жандармами, посреди раскинутых вокруг прокламаций. Картина была настолько ясна и отчётлива, что явилась ключом к дальнейшей работе режиссёра.
Пудовкин включается в сценарную разработку будущего фильма. Со сценаристом Натаном Зархи у него почти сразу установилось творческое взаимопонимание: они оба стремились найти «средства выражения поэтических обобщений», как позднее сформулирует Пудовкин.
Разгон демонстрации снимался в Твери. Пудовкин имел деньги для оплаты двухсот статистов. На призыв откликнулись рабочие — на съёмки пришло 700 человек. Когда казаки налетели на «демонстрацию», её участники бросились кто куда. Началась паника. Пудовкин бежал вместе со всеми. Оператор Анатолий Головня с киноаппаратом находился в специально вырытом на городской площади блиндаже — оттуда снимал всадников: нижний ракурс сообщал кадрам динамику и силу, а у зрителя создавалось впечатление, что казаки мчатся прямо на него и через него.
«Я утверждаю, — писал нарком просвещения А. Луначарский, — что почти на все 100 процентов картина заснята таким образом, что кажется — будто по какому-то волшебству оператор мог непосредственно фотографировать самоё действительность. Актёрская игра абсолютно не чувствуется. Но при этом нет ни одной фигуры, даже фигуры из толпы, которая не была бы художественно типичной».
В 1958 году картина «Мать» была включена в число двенадцати лучших фильмов всех времён и народов.
Вдохновлённые успехом Пудовкин, Зархи и Головня в 1927 году выпускают на экраны фильм «Конец Санкт-Петербурга». Это лирико-эпический рассказ (в отличие от философского эпоса Довженко и публицистического эпоса Эйзенштейна) о крестьянском парне, вытесненном нуждой из деревни и пришедшем в столицу для того, чтобы стать сначала рабочим, потом солдатом, а в конце концов — истинным хозяином этой столицы.