Une grande part des premières œuvres de Lami furent des lithographies, support qui commençait alors à être exploité commercialement. Entre 1819 et 1821, il produisit de nombreuses lithographies sur la cavalerie espagnole, ainsi que d'importantes séries concernant les uniformes de l'armée française. Ses représentations de sujets militaires appelèrent sur lui l'attention de la famille royale. Louis-Philippe lui commanda de nombreux tableaux à sujets militaires pour le musée de l'histoire du France qu'il avait créé au château de Versailles.
Eugène Lami s'orienta alors vers des scènes de genre, peignant la vie élégante de la cour et de la bourgeoisie. Il se tourna vers l'aquarelle, qui devait devenir sa technique de prédilection pour le reste de sa vie.
Sa Vue intérieure d'un salon de l'hôtel d'Adolphe de Rothschild à Paris (aquarelle gouachée, 1876) s'est vendue 67 500 euros lors d'une vente aux enchères publiques à Paris le 10 novembre 2017 (reprod. dans La Gazette Drouot du 24 novembre 2017, pp 188 et 189). La demeure du 45-49 rue de Monceau, édifiée pour Eugène Pereire, fut acquise en 1868, agrandie deux ans plus tard, puis engloba l'hôtel mitoyen et transformé par l'architecte Félix Langeais.
Sur le tard, il s'intéressa de plus en plus aux scènes d'histoire. À soixante-dix-neuf ans, il cofonda la Société d'aquarellistes français. Il continua à peindre jusqu'à sa mort, à l'âge de quatre-vingt-dix ans. Il mourut le 19 décembre 1890 et fut inhumé au cimetière du Père-Lachaise (11e division)[3].
Charles Ier recevant une rose des mains d'une jeune fille, au moment où il est conduit prisonnier au château de Carisbrook, pour être bientôt condamné et exécuté, 1829, 89 × 115 cm, Paris, Musée du Louvre (Reproduction sur Wikimedia Commons) (exposé au Salon Parisien de 1831)
Entrée de la duchesse d'Orléans dans le Jardin des Tuileries, vers 1840, hst., 97 × 60 cm, Paris, Musée du Louvre (Reproduction sur la base insecula)
Arrivée de la reine Victoria au château d'Eu, 2 septembre 1843, 1844, hst., 84 × 141 cm, Versailles, Château de Versailles (Reproduction sur la base Joconde)
L'Entente cordiale, Réception en l'honneur de la reine Victoria, dans le salon de famille au château d'Eu, 1843[4]
Revue de la Garde nationale, attentat de Fieschi, (1835) 1846[4]
Arrivée de la reine Victoria et du duc de Wellington au palais de Saint-James, vers 1851, aquarelle, 14,8 cm × 19 cm, Londres, Courtauld Institute of Art Gallery (reproduction sur le site www.artandarchitecture.org.uk)
Souper à Versailles en l'honneur de la reine d'Angleterre, le 25 août 1855, 1855[4]
Les grandes Eaux illuminées au bassin de Neptune en l(honneur du Roi d'Espagne, le 21 août 1864, 1864[4]
Paul-André Lemoisne, L'œuvre d'Eugène Lami (1800-1890) : lithographies, dessins, aquarelles, peintures, Paris, Honoré Champion, 1914, collection de la Société de l'histoire de l'art français (lire en ligne)
Mathieu Deldicque et Nicole Garnier-Pelle (dir.), Caroline Imbert, Eugène Lami, peintre et décorateur de la famille d'Orléans, éditions Faton, 2019 (cataloque de l'exposition éponyme au cabinet d'arts graphiques du domaine de Chantilly en 2019).