Тогда как раз наступил период расцвета нового и ещё непривычного для публики стиля би-боп, который произвёл революцию в джазовой музыке тех лет благодаря смелым экспериментам таких молодых негритянских мастеров, как саксофонист Чарли Паркер и трубач Диззи Гиллеспи, с оркестром которого стал работать Рэй Браун. Фактически вначале, т. е. в феврале 1946 г., это было ещё небольшое комбо (секстет), и только в августе 1947 г. был создан первый биг-бэнд Гиллеспи, игравший в боповом стиле. Именно тогда им были записаны, в частности, два специальных контрабасовых номера («One Bass Hit» и «Two Bass Hit»), написанных композитором и пианистом оркестра Джоном Льюисом для Рэя Брауна, в которых он и солировал.
Рэй Браун, таким образом, как воспитанник оркестра Диззи Гиллеспи явился одним из первых новоджазовых солистов бопа, и в этом качестве в 1948 г. он пришёл в знаменитую гастрольную группу «Jazz at the Philharmonic» Нормана Гранца, где побывали и другие джазмены 1940-1950-х.
Браун во многом способствовал успеху Эллы Фитцджеральд, которая одно время также работала в этом составе. Вскоре Рэй и Элла поженились (это был её второй брак), и в 1950 г. у них родился сын Рэй-младший (впоследствии барабанщик), но через два года они разошлись. Уже в 1957 г. Элла говорила в одном интервью: «Надеюсь, что я ещё выйду замуж — ведь каждому нужно общество друга», однако после Рэя она больше никогда так и не была замужем официально.
Но всё-таки поистине мировую известность Рэю Брауну принесло его долголетнее сотрудничество в трио Оскара Питерсона начиная с 1951 г., которое продолжалось пятнадцать лет. Десятки пластинок, сотни концертов (включая турне по Японии, 1964) и тысячи восторженных критических статей оставили за собой эти годы.
С 1957 г. Браун также занялся педагогической деятельностью, вначале на факультете школы джаза в Леноксе, штат Массачусетс, позднее издал своё пособие «Ray Brown Bass Book», ставшее исключительно популярным и хрестоматийным среди джазовых музыкантов всего мира.
Помимо этого, в 1962 г. Рэй Браун записал ещё два великолепных LP диска («Verve» 8290 и 8444) с оркестром «Аll Stars Big Band» под управлением Марти Пэйча и с участием альт-саксофониста Джулиена Эддерли. Это был настоящий большой концерт для контрабаса и биг-бэнда, включая и его собственную, самую известную композицию на 3/4 «Gravy Waltz». Потом она часто звучала в популярном телешоу Стива Аллена, который даже написал к этой мелодии свои слова (лирический текст).
