Artystka zaczęła eksperymentować z rzeźbą, rozwijając styl, na który składały się zmysłowe formy i niekonwencjonalne materiały – farba temperowa, gwasz, metal, siatka, drut, sznurek – znalezione w opuszczonej fabryce włókienniczej, gdzie mieściła się jej pracownia. Nieużywane maszyny stały się prawdopodobnie inspiracją dla jej wczesnych, futurystycznych kompozycji, jak Ringaround Arosie i Legs of a Walking Ball, obie z 1965.
W maju 1965 Hesse odwiedziła Hameln, miejsce urodzin jej matki, oraz Hamburg, swoje rodzinne miasto. W sierpniu tego samego roku w Kunsthalle Düsseldorf została otwarta jej indywidualna wystawa, Eva Hesse: Materialbilder und Zeichnungen, na której artystka zaprezentowała 14 płaskorzeźb wykonanych w Niemczech oraz około 50 rysunków.
Powrót do Stanów Zjednoczonych Gdy wraz z mężem powróciła pod koniec 1965 do Nowego Jorku, ich małżeństwo zaczęło się rozpadać. Rozstali się na początku 1966. Hesse, zdecydowana zostać rzeźbiarką, zaczęła tworzyć osobliwe asamblaże z emalii, papier-mâché i gumy, których przykładem jest No Title (1966). Zaczęła odnosić sukcesy w działalności artystycznej. W 1966 wzięła udział w dwóch ważnych wystawach: Eccentric Abstraction oraz Abstract Inflationism and Stuffed Expressionism. W 1967 zaczęła tworzyć rzeźby z lateksu, a w roku następnym z włókna szklanego.