Nach dem Erfolg von Die Träumer folgte mit dem Mitwirken in Christophe Honorés Drama Meine Mutter erneut ein kontroverses Filmprojekt. In der Adaption von Georges Batailles 1966 postum erschienenem Skandal-Roman ist Isabelle Huppert Garrels Filmpartnerin, die ihn als seine Mutter in eine Welt von Amoralität, Hedonismus und Verdorbenheit führt. 2005 agierte Louis Garrel, der fließend Englisch und Italienisch spricht, erneut unter der Regie seines Vaters Philippe. Unruhestifter handelt wie Die Träumer von Pariser Studenten, die sich während der Revolte im Mai 1968 dem Leben der Bohème verschreiben. Garrel spielt erneut neben seiner Mutter und seinem Großvater den jungen François, der sich auf eine leidenschaftliche Beziehung mit der gleichaltrigen Lilie (gespielt von Clotilde Hesme) einlässt. Das fast drei Stunden lange Drama wurde u. a. auf den Filmfestspielen von Venedig preisgekrönt. Louis Garrel wurde für seine Darstellung von der Kritik gelobt und bei der Verleihung der Césars 2006, dem wichtigsten französischen Filmpreis, als bester Nachwuchsdarsteller ausgezeichnet. Im selben Jahr arbeitete der Schauspieler an drei Filmprojekten, darunter Christophe Honorés Dans Paris, einer Hommage an die Nouvelle Vague, in der Garrel gemeinsam mit Romain Duris ein Brüderpaar spielt, und François Ozons Kurzfilm Un lever de rideau. Mit Honoré arbeitete er wiederholt an den Spielfilmen Les Chansons d’amour (2007), Das schöne Mädchen (2008) und Non ma fille, tu n’iras pas danser (2009) zusammen.

Parallel zu seiner Schauspielkarriere legte Garrel 2008 mit Mes copains seinen ersten Kurzfilm vor. Sein zweiter Kurzfilm Petit Tailleur (2010) erhielt eine Einladung in die Reihe Quinzaine des réalisateurs der 63. Filmfestspiele von Cannes, brachte ihm eine César-Nominierung ein, und gewann einen Preis beim Curtas Vila do Conde-Filmfestival 2011 in Portugal.