Kariera thumb|Robert Mitchum i Jane Russell w filmie Jego typ kobiety (1951) thumb|Gregory Peck, Lori Martin i Mitchum w filmie Przylądek strachu (1962) thumb|Mitchum z żoną (1948) thumb|Mitchum z żoną (1983) W 1936 przeniósł się do Long Beach w Kalifornii, gdzie podjął pracę jako ghostwriter. Wkrótce jego starsza siostra przekonała go, by wstąpił z nią do miejscowego teatru amatorskiego The Players Guild of Long Beach, gdzie Mitchum pracował jako pomocnik sceniczny i okazjonalnie był statystą w przedstawieniach. Pisał też teksty piosenek i monologów do występów siostry w klubach nocnych. Po raz pierwszy trafił przed kamery jako model w filmie krótkometrażowym The Magic of Make-up (1942). Na kinowym ekranie debiutował w roli Quentina „Konia” Gilforda w komediodramacie familijnym Clarence'a Browna Komedia ludzka (The Human Comedy, 1943). Następnie został obsadzany zazwyczaj w rolach złych charakterów w niskobudżetowych westernach. Po zagraniu roli Boba Graya w historycznym dramacie wojennym Mervyna LeRoya 30 sekund nad Tokio (1944), podpisał siedmioletni kontrakt z RKO Pictures. Wielkim sukcesem okazała się kreacja porucznika Billa Walkera w biograficznym dramacie wojennym Williama A. Wellmana Żołnierze (Story of G.I.