В декабре 1920 года в губнаробразе организовался театральный отдел, и Александрова взяли туда инструктором. Причём ему пришлось курировать тот самый городской театр, в котором некогда довелось работать рассыльным. Однако на этом посту Александров пробыл недолго. Летом 21-го в Екатеринбург на гастроли приехала студия Художественного театра, и у Александрова, под впечатлением их выступлений, возникает идея отправиться в Москву учиться искусству. Вместе с ним в столицу отправился и Иван Пырьев.
Поскольку ни у кого из путешественников родных и даже знакомых в Москве не было, шансы на то, что их поездка завершится успехом, были мизерные. Единственная надежда была на рекомендательное письмо поэта Райского, которое тот адресовал Максиму Горькому. Именно это письмо и помогло юношам закрепиться в столице. Горький позвонил знакомому театралу, и тот приютил юношей. Так начались скитания Александрова и Пырьева по всевозможным студиям и театрам. В конце концов они оказались в Первом рабочем театре Пролеткульта. Именно там осенью 1921 года произошла первая встреча Александрова и Сергея Эйзенштейна, который работал, в театре художником и заодно преподавал биомеханику, изобретённую Мейерхольдом для тренировки актёров.
В 1924 году Эйзенштейн принимает решение уйти из театра в кинематограф, и вместе с ним туда уходит и Александров. Их первый совместный фильм назывался «Стачка», в котором речь шла о политической стачке 1902 года в Ростове-на-Дону. Это был один из первых идеологических советских фильмов, где сюжет строился не на салонных интригах и любовном «треугольнике», а на классовом конфликте рабочих и капиталистов. Причём снят он был столь новаторски, что даже бывалые киношники были в шоке: вместо привычного хеппи-энда, счастливого конца, в «Стачке» фигурировал расстрел казаками забастовщиков. Чтобы придать этому эпизоду особый драматизм, Эйзенштейн вмонтировал в него кадры, отснятые на настоящей бойне, где убивают быков, отрубают головы баранам.
«Стачка» была тепло встречена зрителем, что убедило авторов фильма в правильности выбранного ими пути. И спустя год, в 1925 году, Эйзенштейн и Александров снимают фильм, которому суждено стать шедевром кинематографа, — «Броненосец „Потёмкин“». Когда тридцать лет спустя, в 1958 году, на Всемирной выставке в Брюсселе будет проводиться международный опрос кинокритиков, именно этот фильм возглавит список из 12 лучших картин всех времён и народов.
Со своей первой женой Александров познакомился в начале 20-х годов в театре. Это была молодая актриса Ольга Иванова. Их роман был скоротечным: они встречались всего лишь пару месяцев, после чего поженились и поселились в старинном двухэтажном особняке, когда-то принадлежавшем герою 1812 года генералу Апраксину. В нём молодожены занимали две комнаты в общей квартире на втором этаже. Именно там 19 мая 1925 года у них родился сын, которого назвали Дугласом. Выбор столь странного для России имени был не случаен. В те дни в Советском Союзе гостили знаменитые американские актёры Дуглас Фербэнкс и Мэри Пикфорд, творчество которых чрезвычайно нравилось и Александрову, и его жене. Как гласит легенда, Александров лично знал Фербэнкса и последний в тот свой приезд его спросил: «Если у тебя родится сын, ты его, наверное, назовёшь Трактором?» (было тогда в молодой советской стране такое поветрие — давать детям «ультрамодные» имена в духе тогдашних преобразований). Режиссёр обиделся: «Почему обязательно Трактором? Могу назвать в честь тебя». Так и вышло, причём супруги загадали: если родится сын, то они назовут его Дугласом, если дочь — Мэри. Родился мальчик.
До 1929 года Александров и Эйзенштейн сняли ещё три фильма: «Октябрь» (1927), «Генеральная линия» (1928) и «Старое новое» (1929). После чего оба режиссёра и оператор Эдуард Тиссэ отправились в Европу, чтобы набраться там недостающего кинематографического опыта в области звукового кино. С собой они прихватили «Броненосец „Потёмкин“», чтобы показать его на европейских экранах. В течение года друзья путешествовали, посетив несколько стран: Германию, Швейцарию, Францию. В Париже к ним внезапно приехал глава голливудской кинокомпании «Парамаунт» Джесси Ласки и предложил им посетить Голливуд. Отказаться от такого предложения было равносильно самоубийству (тем более, что эта идея давно витала в головах Александрова и Эйзенштейна), поэтому друзья тут же согласились. И в мае 1930 года они приехали в Америку.