11月獲康熙皇帝召見。當時康熙61歲，酷愛藝術與科學，雖然不贊成郎世寧所信仰的宗教，卻把他當做壹位藝術家看待，甚為禮遇。康熙對他說：“西方的教義違反中國正統思想，只因為傳教士懂得數學基本原理，國家才予以聘用。”他又表示詫異道：“妳怎能老是關懷妳尚未進入的未來世界而漠視現實的世界？其實萬物是各得其所的。”旋即派郎世寧為宮廷畫師，不給他傳教的機會。
宮廷畫師每日清晨從北京東華門附近的寓所步行進宮，七時向宮門禁衛報到。 在壹所坐落於庭院與禦花園之間的畫室內作畫，直到下午五時為止。這間屋子夏天炎熱，冬天嚴寒，畫師必須把壹缸缸顏料放在小炭爐上烘著以免凝結。除繪畫外他們還得修習漢文與滿文。
康熙不喜歡油畫，因為年代久了就會變得黑乎乎的，模糊不清。於是郎世寧與其他歐籍畫師學習使用膠質顏料在絹上作畫的艱難技巧。壹筆下去就不能再加第二筆，也不容修改潤飾。筆觸偶有躊躇，或下筆太重，那幅畫就毀了。
宮廷畫家都依照宋人郭熙定的原則作畫：“山水畫中，畫山盈丈，樹木盈尺，馬盈寸，人物盈十分之壹寸。”平行線條就是不折不扣地平行下去。在郎世寧看來，中國繪畫的遠近配合觀念徹底錯誤。他向康熙建議設立壹所繪畫學校，不獲采納。後來他幫助旗人年希堯出版了壹本《視學》。
壹幅畫中山水庭園表現不同的視點與角度
不過，在許多中國人看來，用幾何學的透視原理來處理空間問題，是虛偽的，非藝術化的。中國畫中對物的視點不止壹個而是幾個，視線的角度不是固定的，所以畫家在同壹幅畫中能對山水或庭園表現不同的視點與角度。郎世寧的作畫題材由皇帝指定。人像必須畫平板板的正面，不能畫陰影，人們以為像上的陰影“好似臉上的斑點瑕疵”。 1722年康熙駕崩，皇四子胤禛即位，即雍正繼位，傳教士皆逢厄運，唯有在宮廷服務的教士受到特殊禮遇，向中國的皇帝和宮廷畫家展示了歐洲明暗畫法的魅力。作於雍正元年(1723年)的《聚瑞圖》軸、雍正二年(1724年)的《松獻英芝圖》軸和雍正六年(1728年)的《百駿圖》卷等畫幅，都顯示了郎世寧堅實的寫實功底，體現了他早期繪畫的特色和面貌，具有濃厚鮮明的歐洲繪畫風格和情調。
在雍正年間，郎世寧根據皇帝的旨意，向中國的宮廷畫家斑達裏沙、八十、孫威鳳、王珓、葛曙和永泰等人傳授歐洲的油畫技藝，從此，純屬歐洲繪畫品種的油畫，在清朝的宮廷內也開始流行。從清代內務府造辦處的檔案中得知，在這段時間裏，郎世寧創作了不少作品，但是保存至今的只是其中的壹部分，大多已經失傳了。
雍正二年(1724年)，皇帝開始大規模地擴建圓明園，這為郎世寧提供了發揮其創作才能的極好機會。他有較長壹段時間居住在這座東方名園內，畫了許多裝飾殿堂的繪畫作品。其中既有歐洲風格的油畫，還有在平面上表現縱深立體效果的歐洲焦點透視畫。雍正皇帝對於這位洋畫師的作品十分贊賞，曾經對壹幅人物畫的圖稿做了如下評語:“此樣畫得好！”(見清·內務府造辦處檔案)
在宮廷之外，郎世寧還與雍正皇帝的幾個同父異母弟弟關系頗為密切，如怡親王允祥、果親王允禮、慎郡王允禧等，為他們作畫，並有多件作品流傳至今。如《果親王允禮像》頁(北京故宮博物院收藏)、《八駿圖》橫幅(江西省博物館收藏)、《馬圖》冊(上海博物館收藏)等。這些作品和這壹現象，壹方面說明了郎世寧在宮廷之外頻繁的藝術活動，另壹方面也說明了在當時的滿洲貴族圈子裏，玩賞歐洲風味的藝術品是壹種流行的時尚。 雍正在位13年，由乾隆繼承大統。乾隆皇帝雅好書畫詩文，在位期間重視宮廷繪畫的發展，所以從康熙時就入宮的畫家郎世寧仍然得到重用，成為宮廷畫家中的佼佼者。乾隆登基時年24歲，每日必去畫室看郎世寧作畫。而且從現存的郎世寧作品上看，弘歷在即位前任寶親王期間，就與郎世寧相識，並有頗多接觸，關系甚為密切。即位後的乾隆皇帝多次頒賜錢和實物獎賞宮廷畫家，幾乎每次都有郎世寧的份兒，與宮廷畫家中的元老冷枚、唐岱等人待遇相同。後來乾隆皇帝還為郎世寧舉行了非常隆重的七十歲壽辰祝壽儀式，賞賜壽禮甚豐，並親筆書寫了祝詞。 這時郎世寧已77歲，諳習內廷事務，於是教會高級人士令他向皇帝呈遞奏折，此舉很危險。某日乾隆照常來看他作畫，郎世寧匍匐跪下，說了幾句有關“我們的神聖教律”遭受譴責之類的話後，就從懷中掏出壹卷用黃綢包裹的耶穌會奏折呈上。當時內廷太監看見郎世寧的大膽舉動，都嚇得心驚膽戰，乾隆卻溫和地說：“朕並沒譴責妳們的宗教，朕只是禁止臣民皈依罷了。”從此以後，郎世寧每晨入宮必受搜查，以保證他的確沒有懷帶什麽奏折。
1746年有5名本篤會傳教士判處死刑。壹日乾隆命郎世寧呈壹幅新畫的畫稿時，他又跪下說：“求陛下對我們憂傷戚戚的宗教開恩。”乾隆面有慍色，不置答復，皇帝的決定是不能更改的。
不過郎世寧在宮中也有輕松的時刻。某日乾隆見妃嬪環繞左右時郎世寧頗感局促不安，就問他：“卿看她們之中誰最美？”郎世寧答道：“天子的妃嬪個個都美。”乾隆又追問：“昨天那幾個妃嬪中，卿最欣賞誰？”“微臣沒看她們，當時正在數宮殿上的瓷瓦。”“瓷瓦有多少塊？”郎世寧回答：“30塊。”皇上命太監去數，果然不錯。
此後郎氏就沒再受作弄。不過他還是奉命描繪壹幅帝後及11名妃嬪在壹起的圖像，畫題是：“心寫治平”。這是郎世寧所繪二百幅人物中最著名的壹幅。乾隆僅在該畫完竣、七十萬壽及讓位時看過此畫三次。隨即將畫密封於盒內，旨諭有誰竊視此畫，必淩遲處死。
郎世寧身為宮廷畫師，將乾隆壹生中的大事都壹壹入畫——戰爭的場面，壯觀的狩獵，喜慶宴會等。他最好的作品之壹為“哈薩克貢馬圖”，整個絹卷軸中筆觸揮灑自如，景色生動逼真。 乾隆要修建圓明園為夏宮，郎世寧又秉旨設計圖則。乾隆命郎世寧起草建築圖樣進說：“就采用歐夷的樣式吧。”從那幅帶有巍峨壯麗巴洛克風格的藍圖中，可以見到建築上的主要旨趣，大理石圓柱以及意大利式豪華富麗的螺旋形柱頭裝飾。
不過，屋頂上金碧輝煌的琉璃瓦和用獸形裝飾的飛檐，卻是中國傳統式樣。這項工程於1747年至1759年間進行。
康熙、雍正、乾隆三朝的百余年間，清朝中央政權與西北蒙古族各部和維吾爾族回部爭戰頻繁，終於在乾隆中期平定了蒙古族厄魯特部和回部的叛亂，使得西北的邊境有了壹個相對安定的和平局面。為此乾隆皇帝在宮廷畫家中挑選了以郎世寧為首的中外畫家，創作了壹系列史詩般的畫幅。乾隆十九年(1754年)，厄魯特蒙古族的杜爾伯特部首領車淩、車淩烏巴什、車淩孟克(合稱為三車淩)以及厄魯特蒙古族的輝特部首領阿睦爾撒納，相繼歸順清朝，乾隆皇帝特地在承德的熱河行宮避暑山莊舉行盛大儀式表示慶賀。時年66歲的郎世寧和另外兩位歐洲傳教士畫家王致誠、艾啟蒙等壹起，趕赴承德，畫了壹批蒙古族歸順首領的油畫人物半身肖像。後來又根據此行搜集的素材，郎世寧和其他中外畫家***同完成了兩幅大型的歷史畫:《乾隆萬樹園賜宴圖》橫幅(北京故宮博物院收藏)和《乾隆觀馬術圖》橫幅(北京故宮博物院收藏)。這兩幅畫完成之後，張貼在避暑山莊內“卷阿勝境”殿的東西墻上。郎世寧描繪這壹主題的繪畫作品還有《阿玉錫持矛蕩寇圖》卷(臺北故宮博物院收藏)、《瑪瑺斫陣圖》卷(有兩幅，臺北故宮博物院和德國柏林東亞美術館收藏)、《哈薩克貢馬圖》卷(法國巴黎吉美博物館收藏)等。
從乾隆二十七年，(1762年)開始，郎世寧和王致誠、艾啟蒙、安德義壹起為銅版組畫《乾隆平定準部回部戰圖》冊(又稱《乾隆平定西域戰圖》冊，北京故宮博物院等很多博物館中均有收藏)繪制圖稿。這套十六幅的圖稿後來通過廣州粵海關將其送往法國巴黎鐫刻成銅版刷印，成為宮廷藝術的珍品之壹。銅版畫草稿主要是由郎世寧負責，他畫了其中的若幹幅，還用拉丁文和法文寫了具體說明。遺憾的是當這套銅版組畫竣工從法國運回中國時，郎世寧已經因病去世了。後來清朝宮廷仿照《乾隆平定準部回部戰圖》繪刻了壹系列表現征戰場面的銅版組畫，這些畫幅是由清宮內供職的中國畫家制作的，它們成為中國最早的銅版畫作品，其中郎世寧的開創之功不可沒。
參與長春園歐洲式樣建築物的設計和施工。郎世寧除了作畫外，還於乾隆十二年(公元1747年)參與了圓明園內長春園歐洲式樣建築物(俗稱西洋樓)的設計和施工。大概就在郎世寧為修建長春園工作期間，壹度擔任過掌管皇家園林工作的奉宸苑苑卿的職務，官職為正三品。