Após um tempo longe das câmeras, o rapaz retornou em Ceci Est Mon Corps de Rodolphe Marconi (2001), em que vive um jovem pretendente a ator que se envolve com a diretora de um filme. Formado no Conservatório de Paris em 2004, Louis encenou no teatro as peças  Les Vagues de Virginia Woolf, Viols de Botho Strauss e Ball de Brecht. Mas foi seu retorno ao cinema que fez sua carreira explodir, com Innocents de Berrnardo Bertolucci (2003). O papel de Théo transformou Garrel em um verdadeiro sexy symbol entre os amantes do cinema francófono, imagem essa realçada por seus papeis futuros.

Louis Garrel ao lado de Michael Pitt e Eva Green em Innocents

Em 2006, o ator levou o César e a Etoile d'Or por seu papel em Les Amants Réguliers de seu pai, ficando ainda mais em evidência. Não demorou para o rapaz cair nas graças do diretor Christophe Honoré, que faz de Garrel seu ator fetiche colocando-o nas mais diversas situações e sempre explorando sua sensualidade, seja como um filho que tem problemas com a mãe em Ma Mère (2004), um irmão sedutor em Dans Paris (2006), ou um jovem e suas desilusões amorosas em Les Chansons d'Amour (2007).

Cena do filme Les Chansons d'Amour

Ainda em parceria com Honoré, o ator viveu um professor sedutor em La Belle Personne e um amante em Non Ma Fille, Tu N'ira Pas Danser (2008) e Les Bien-Aimés (2011). Durante esse tempo, Louis ainda trabalhou com outros dois badalados diretores do cimena francófono, François Ozon no curta Un Lever de Rideau (2006), e Xavier Dolan em Les Amours Imaginaires (2010). Já a parceria com seu pai, Phillippe Garrel, foi retomada em La Frontière de L'aube (2008), Un Été Brûlant (2011) e La Jalousie (2013).

Louis Garrel mostrando a razão de ser considerado um sex symbol