Presentaba en 1955 "The CBS Morning Show" desde Nueva York, con Walter Cronkite como presentador de noticias y Barbara Walters como redactora de noticias. Al mismo tiempo, realizaba pruebas para espectáculos de Broadway y acabó logrando un papel en una revista titulada "The Boys Against the Girls". El director y coreógrafo Gower Champion vio la obra y contrató a Van Dyke para que protagonizara junto a Chita Rivera "Un Beso para Birdie", en la que estrenó "Put on a Happy Face" en una interpretación que le valió un Tony® en 1960. "Un Beso para Birdie" estaba en su segunda temporada cuando Carl Reiner y Sheldon Leonard eligieron a Van Dyke para que protagonizara una serie cómica que se convirtió en "The Dick Van Dyke Show". Estrenada en 1961, permaneció en pantalla durante cinco temporadas y le valió a Van Dyke tres premios Emmy.

En periodos de inactividad televisiva, protagonizó la versión cinematográfica de Un Beso para Birdie [1963], y el clásico de Disney Mary Poppins [1964]. Otros largometrajes incluyen El Teniente Robinson[1966], El Novio de mi Mujer[1967], Chitty Chitty Bang-Bang [1968], The Comic [1969], Some Kind of a Nut [1969], Un Mes de Abstinencia [1971] y Más Allá del Amor [1978].

Después de pasar un año en Inglaterra rodando el clásico familiar Chitty Chitty Bang-Bang, la familia Van Dyke se trasladó a su rancho de Carefree (Arizona) donde tuvo lugar durante tres temporadas la producción de "The New Dick Van Dyke Show". Su siguiente proyecto fue el telefilme dramático "The Morning After", adaptación de la novela de Jack Weiner acerca de un padre de familia, talentoso y con éxito, cuya vida es destruida por el alcoholismo. El tema abrió nuevos caminos a los dramas televisivos y le valió a él una candidatura al Emmy.

A continuación, regresó al canto, el baile y la comedia en "Van Dyke and Company", trece programas especiales de variedades de la NBC. Acto seguido, Van Dyke volvió al teatro para una reposición de "The Music Man", llevando la obra de gira antes de estrenarla en Nueva York. Al año siguiente también estuvo de gira con "Damn Yankees."

Dick obtuvo su quinto Emmy en 1982 por el CBS Library Special "Wrong Way Kid." Entre sus otras películas para TV se cuentan "Drop-Out Father", "Found Money", el programa especial de PBS "Breakfast with Les and Bess", la miniserie "Strong Medicine" y una versión de "La Angustia de Vivir" producida por Showtime.

Su lista de premios y honores incluye, entre otros, el Premio a la Leyenda del Baile del Año otorgado por la Sociedad de Bailarines Profesionales de América; el Premio Leyenda Disney de 1998; un Premio a los Logros de una Vida concedido por los Premios de la Comedia Americana; y una estrella en el Paseo de la Fama de Hollywood. En 1995 fue incorporado al Paseo de la Fama de la Academia de Televisión.

Mark Sloane, el médico detective, fue presentado en un episodio de "Jake y el Gordo" antes de convertirse en el personaje central de varias películas de televisión y de la serie "Diagnóstico Asesinato", que emitió la CBS durante ocho temporadas de los años noventa hasta 2001, a la que siguieron dos películas del Dr. Sloane en 2002.

En 2003, Van Dyke se reunió con Mary Tyler Moore para dar vida a los dos solitarios jubilados del drama de D.L. Coburn, ganador de un premio Pulitzer, "The Gin Game" en PBS Hollywood Theater. Al año siguiente volvieron a trabajar juntos encarnando a Rob y Laura Petrie en "Dick Van Dyke Revisited."

Aunque llevaba 20 años amenazando con retirarse, Van Dyke regresó a Broadway en enero de 2006 para bailar y cantar en cuatro representaciones de "Chita Rivera: A Dancers Life", recibiendo estruendosas ovaciones después de cada número. Su película para Hallmark, "Murder 101", parte de una serie de franquicia, también se emitió en 2006.

Van Dyke es el presidente encargado de recaudar fondos para la centenaria Midnight Mission de Los Ángeles y fue recientemente premiado con el Corazón de Oro por sus servicios benéficos y su generosidad.