Ce séjour en Italie, loin de sa famille, eut une importance considérable dans la vie du jeune musicien qui découvrit le bonheur d'être libre, la beauté de Rome et de la nature qui l'entourait. Ce séjour heureux lui permis de s'épanouir et de s'affranchir des règles strictes imposées par l'école et sa mère.
De retour à Paris, à la recherche de succès rapides au théâtre lyrique, il avait à peine vingt-cinq ans quand, en 1863, Léon Carvalho (1825-1897) lui commanda Les Pêcheurs de perles, sur un livret de Carré et Cormon, qui reçut un succès encourageant.
S’en suivirent de multiples projets dont peu virent le jour, hormis La Jolie Fille de Perth, opéra en quatre actes (1867). Malgré sa volonté de s’imposer sur la scène parisienne, l’heure du succès et de la reconnaissance n’avait pas encore sonné.
En 1869, il épousa Geneviève Halévy, fille de son professeur de composition, Fromental Halévy (1799-1862). Ainsi entrait-il dans une grande famille juive qui comptait dans la société française.
Engagé dans la Garde nationale durant la guerre de 1870 qui le marqua, tout aussi choqué par la Commune, l’ouverture de son œuvre, Patrie (1874) rappelait les épreuves de cette période.
D’autres œuvres virent le jour comme son opéra-comique, Djamileh, créé en 1872, sans succès. Entre 1871 et 1872, avec les douze scènes des Jeux d’enfants, et la partition pour L’Arlésienne, d’après Alphonse Daudet, plus ou moins bien accueillies par le public, il trouva enfin peu à peu sa voie et définit les éléments de son style.
Alors qu’il s’était imaginé une vie de rentier, sa vie était dévorée par les travaux alimentaires pour les éditeurs et par les leçons de piano. Sa vie familiale n'était pas plus heureuse. Il ne pouvait partager ses difficultés avec sa jeune épouse, coquette et nerveusement fragile. A la suite de rumeurs de liaison entre lui et la cantatrice Célestine Galli-Marié (1837-1905), et surtout après qu'il ait reconnu l'enfant né de sa relation avec leur bonne, qu'il garda à leur service, Geneviève le quitta et retourna chez ses parents. Elle emmena avec elle, leur fils, Jacques.
Installé à Bougival, Bizet travaillait à ce qui allait devenir son chef-d’œuvre : Carmen, d’après une nouvelle de Prosper Mérimée. Il s’agissait d'honorer une nouvelle commande de l'Opéra-Comique qui voulait « une petite chose facile et gaie, dans le goût de notre public avec, surtout, une fin heureuse. » Après trois mois de travail sans répit et 1 200 pages de partition, sur un livret signé par Henri Meilhac et Ludovic Halévy (1834-1908), cousin germain de sa femme, Carmen était créé le 3 mars 1875 à l’opéra-comique. Ce ne fut pas sans difficultés. Il se heurta aux chanteurs qui n'avaient pas l'habitude de bouger en scène et de jouer leurs personnages avec le naturel que Bizet attendait d'eux, aux musiciens qui trouvaient cet opéra trop difficile, et toujours à la mauvaise humeur du directeur exaspéré par le thème de la pièce qu'il jugeait indécent.
Le jour de la première, ce fut un vrai désastre : les musiciens et les choristes furent médiocres, les changements de décor prirent un temps considérable si bien que la salle se vida peu à peu. Aussi scandalisée que le public par cette histoire sulfureuse, la critique condamna Carmen au nom de la morale.
Anéanti par son échec, bien que souffrant d’une angine, le 29 mai 1875, il se baigna dans l'eau glacée de la Seine. Victime, dès le lendemain d'une crise aiguë de rhumatisme articulaire, il mourut cinq jours plus tard.
Ce n’est qu’après avoir été salué à l’étranger par des musiciens comme Wagner, Brahms ou Tchaïkovski, ou par le philosophe Nietzsche, que Carmen fut de nouveau représenté à Paris, en 1883, et triompha durablement.
Bizet rencontrait enfin le succès et la reconnaissance tant attendus, mais n’était plus là pour en profiter. Mort prématurément, il ignora que Carmen allait devenir l'un des opéras les plus joués dans le monde et, qu’ainsi, il tiendrait une revanche posthume éclatante.
Ses obsèques en l’église la trinité à Paris eurent lieu au milieu d’une affluence considérable dont de nombreuses personnalités de la littérature, musique, théâtre.
D’abord inhumé fut dans un caveau provisoire au cimetière de Montmartre, Georges Bizet fut transféré au cimetière du Père-Lachaise le 8 juin 1876. Deux jours plus tard, son tombeau, œuvre de Charles Garnier, était inauguré : un sarcophage recouvert d'un toit en bâtière et taillé dans la pierre rouge jurassienne de Sampans ; une stèle en forme de pyramide tronquée est ornée d'une lyre de bronze symbolisant son art, enlacée par une couronne de lauriers. Cette stèle portait le buste du compositeur qui fut volé en novembre 2006. Retrouvé, il est depuis détenu par la conservation du cimetière.
Dans la même tombe reposent :
Son fils, Jacques Bizet, et la première épouse de ce dernier, Madeleine Breguet.