Due anni più tardi entra alla Mushi Production, fondata dal maestro Osamu Tezuka. Qui, tra l'altro, supervisiona la sua prima serie degli anni sessanta, Tetsuwan Atom (Astro Boy), tratta dall'omonimo manga di Tezuka ed è il direttore artistico della serie Jungle Taitei (Kimba, il leone bianco), sempre di Tezuka. Ma è alla fine degli anni settanta che Rintaro, grazie all'incontro con Leiji Matsumoto, ha modo di cogliere il successo che lo pone tuttora tra i più rispettati professionisti del settore.
Nel 1978 dirige infatti la serie Uchu Kaizoku Captain Harlock (Capitan Harlock), e l'anno seguente il suo primo lungometraggio, Ginga Tetsudo 999 (Galaxy Express 999 - The Movie), entrambi tratti da opere di Matsumoto e divenuti dei veri e propri cult.
Dopo aver diretto innumerevoli serie, OAV e film, tra cui l'adattamento anime del manga X nel 1996, l'anno seguente si ritrova di nuovo Katsuhiro Otomo per realizzare un vecchio ed ambizioso progetto, la trasposizione sul grande schermo del famoso manga di Osamu Tezuka Metropolis. Il lungometraggio vede la luce dopo quattro anni di lavoro, nel 2001, ed incontra il favore internazionale di critica e pubblico. Nel frattempo produce con la Madhouse anche l'innovativa serie Alexander Senki (Alexander).
