Durante o período de 1907 a 1908, participa da missão Rondon, explorando o noroeste de Mato Grosso. Realiza, em 1912, uma expedição para reunir dados sobre os índios parecis e nhambiquaras da região entre o rio Madeira e Juruena, descrita no livro Rondônia (1917).
Nessa expedição faz uso pioneiro de câmeras e aparelhagem de som para documentação etnográfica. Em 1923 funda a Rádio Sociedade do Rio de Janeiro (mais tarde Rádio Ministério da Educação e Cultura) e a Rádio Escola Municipal da prefeitura do Distrito Federal (depois Rádio Roquette-Pinto).
Expõe sua visão otimista do Brasil em Seixos Rolados (1927) e Ensaios de Antropologia Brasiliana (1933). Em 1937 funda e dirige o Instituto Nacional do Cinema Educativo, mesmo ano em que orienta a parte histórica do filme O Descobrimento do Brasil. Em 1940 redige e grava o documentário Argila, sobre a arte marajoara. Torna-se membro da Academia Brasileira de Letras e um dos fundadores do Partido Socialista Brasileiro.