Le séjour que Renoir fait avec Monet à la Grenouillère sur l'île de Croissy-sur-Seine, est décisif dans sa carrière. Il peint véritablement en plein air, ce qui change sa palette, et fragmente sa touche. Il apprend à rendre les effets de la lumière, et à ne plus utiliser le noir pour les ombres. Dès lors, commence la période impressionniste de Renoir. Monet préfère peindre les paysages, et Renoir préfère peindre les personnages. Pour les mêmes scènes de La Grenouillère, Renoir adopte un point de vue plus rapproché qui lui permet de donner une plus grande importance aux figures. Il étudie les chevaux à l'académie militaire, comme on peut le voir dans L'Allée cavalière au bois de Boulogne, et pendant la guerre franco-prussienne de 1870-1871, il est mobilisé et affecté dans la cavalerie à Bordeaux puis à Tarbes. Tombé gravement malade, il est hospitalisé à Bordeaux avant d'être démobilisé en mars 1871. Au printemps, il séjourne avec Bernier, son commandant de régiment, et son épouse chez le père de Bernier dans la ville de Tarbes. Il y fait le portrait de l'épouse du commandant, Marie-Octavie Bernier. Il se souvient avec tendresse qu'il avait passé « deux mois dans un château », où il était « traité comme un prince », montait à cheval tous les jours et enseignait la peinture à la fille de ses hôtes. Il rentre ensuite à Paris où il apprend la mort de Frédéric Bazille.
Il est influencé à l'époque par la tradition du réalisme d’Édouard Manet évoquée dans Nature morte au bouquet (1871). L'estampe accrochée au mur est une reproduction gravée par Manet des Petits Cavaliers de Vélasquez. En 1872, Lise Tréhot le quitte et épouse le 24 avril 1872, un jeune architecte, Georges Brière de l'Isle. La tradition veut qu'elle n'ait plus jamais revu Renoir. Douglas Cooper laisse entendre que le portrait Lise au foulard blanc pourrait avoir été réalisé comme cadeau de mariage. Au début des années 1870, il peint souvent côte à côte avec Monet, produisant des images du même sujet et s’utilisant parfois l’un l’autre et d’autres membres de la famille, comme modèles. C'est aussi durant cette période, qu'il copie les œuvres de Delacroix et étudie les nouveaux effets de couleurs. Cela se manifeste dans Intérieur de harem à Montmartre (1872) qui se réfère au tableau célèbre de Delacroix au Louvre, Les Femmes algériennes (1834).
Ses tableaux sont régulièrement refusés au Salon, et il participe à la première exposition impressionniste en 1874. On appelle « Première exposition des peintres impressionnistes », une manifestation culturelle française organisée par la Société anonyme des artistes peintres, sculpteurs et graveurs du 15 avril au 15 mai 1874 au 35 boulevard des Capucines à Paris dans les studios d'un célèbre écrivain et photographe de l'époque, Nadar. Originellement, cette exposition ne porte aucun qualifiant officiel : ce sont les critiques d'art, qui, après coup, par voie de presse, appellent cet événement « l'Exposition des impressionnistes ». Le mot impressionnisme est le nom péjoratif qui est popularisé par un journaliste, Louis Leroy, et qui s'impose, bien souvent contre l'avis même des artistes. Cette exposition attire l’attention de la critique et du public, mais est loin d’être un succès sur le plan financier. Le Pêcheur à la ligne est peint au cours de l'été 1874, alors que Renoir travaillait avec Claude Monet dans sa maison d'Argenteuil.
En 1876, il loue un modeste atelier au no 12 rue Cortot (devenu en 1960 le musée de Montmartre). Ce nouvel atelier est entouré d'un grand jardin et George Rivière se souvient : « Dès que Renoir entra dans la maison, il fut fasciné par la vue sur le jardin, qui ressemblait à un beau parc abandonné. » Femme à l'ombrelle dans un jardin est exposé, sous le nom de Jardin, à la Troisième Exposition Impressionniste d'avril 1877 et admiré par la critique. Il réalise son chef-d'œuvre Le Bal du moulin de la Galette, à Montmartre, en 1877. Le tableau est acheté par Gustave Caillebotte, membre et mécène du groupe. Cette toile ambitieuse (par son format d'abord, 1,30 m × 1,70 m) est caractéristique du style et des recherches de l'artiste durant la décennie 1870 : touche fluide et colorée, ombres colorées, non-usage du noir, effets de textures, jeu de lumière qui filtre à travers les feuillages, les nuages, goût pour les scènes de la vie populaire parisienne, pour des modèles de son entourage (des amis, des gens de la « bohème » de Montmartre). Pour les nus, il fait d'abord appel à des modèles professionnels puis à des jeunes femmes qu'il rencontre parfois dans la rue et qu'il paye en leur offrant le portrait, des fleurs ou des chapeaux à la mode.