Pour les premières saisons des Ballets russes, Bakst est chargé de concevoir les décors et costumes de ballets, et marginalement d’opéras, à forte charge exotique et érotique. En proposant de tels ouvrages à Paris, Diaghilev se met au diapason de l’orientalisme ambiant et flatte les goûts du public occidental, habitué à de tels spectacles depuis le XIX^e siècle. Ils remportent le succès escompté. Bakst y trouve aussi un terrain d’application de ses théories sur la symbolique et la puissance émotionnelle des couleurs : « J’ai souvent remarqué que, dans chaque couleur du prisme, existe une gradation qui parfois exprime la franchise et la chasteté, parfois la sensualité et même la bestialité, parfois l’orgueil, parfois le désespoir. On peut le suggérer par l’emploi qu’on fait des différentes nuances. C’est ce que j’ai essayé dans Shéhérazade. Contre un vert lugubre, j’ai placé un bleu plein de désespoir, aussi paradoxal que cela puisse paraître. […] Il y a un bleu qui peut être le bleu d’une sainte Madeleine et il y a un bleu qui peut être celui d’une Messaline ! »

L’échec du Dieu bleu (1912), dont le décor évoque les temples d’Angkor et la chorégraphie de Fokine la statuaire indienne, met fin aux grandes productions exotiques que conçoit Bakst pour les Ballets russes et c’est pour d’autres que, de temps à autres, il revient à une telle inspiration : Aladin et la lampe merveilleuse (1919) pour Georges Thenon, dit Rip, La Nuit ensorcelée (1923) pour l’Opéra de Paris.   

Quand il se détourne de l’Orient, Bakst explore les sources antiques qui ont inspiré des productions auxquelles il a collaboré en Russie bien des années auparavant. Il met aussi à profit le voyage qu’il a fait en Grèce et en Crète, en 1907. Ce voyage aura une forte influence sur les conceptions théoriques qu’il exprime dans « Les formes nouvelles du classicisme en art », publié en français en 1910 : « Que d’impressions nouvelles ! inattendues, elles chamboulent et mettent en désordre toutes nos idées antérieures, encore pétersbourgeoises, à propos de l’Hellade héroïque – on est obligés de tout modifier, faire de l’ordre : classer. »

Narcisse (1911) et Daphnis et Chloé (1912), qu’il conçoit avec le chorégraphe Michel Fokine pour les Ballets russes, sont des hommages à une Grèce antique pittoresque, soigneusement rendue avec ses temples, ses sites spectaculaires, sa végétation méditerranéenne et ses bacchantes et béotiennes jouant avec des voiles tournoyants et multicolores. Dans L’Après-midi d’un faune (1912), élaboré en étroite collaboration avec Vaslav Nijinski, il privilégie la couleur aux dépens de l’exactitude du dessin et campe sur la scène ce que le régisseur des Ballets russes, Serge Grigoriev, a appelé un « bas-relief archaïque grec en mouvement ». L’esthétique du « Faune » trouve son prolongement dans deux spectacles nés de la complicité de Bakst avec Ida Rubinstein, Hélène de Sparte (1912) et Phaedre (1923), aux modèles mycéniens et minoens très explicites.  

En même temps qu’il subit le choc de la Première Guerre mondiale, Bakst doit composer au sein des Ballets russes avec de nouveaux concurrents : les décorateurs venus de Moscou, Natalia Gontcharova et Michel Larionov, à partir de 1914, et les peintres de l’avant-garde parisienne (Picasso, Derain, Matisse…), à partir de 1917. La correspondance qu’il échange avec Diaghilev montre la dégradation de leurs rapports et l’incompréhension qui grandit entre l’imprésario et son décorateur, dont l’œuvre semble marquée par une forme de retour à l’ordre. Elle prend appui désormais sur les modèles que constituent les grands maîtres de l’art classique. Ainsi, les costumes des Femmes de bonne humeur (1917) font référence à la peinture vénitienne du XVIII^e siècle, et notamment à celle de Pietro Longhi ; les décors de La Belle au bois dormant pour Anna Pavlova (1916) et pour les Ballets russes (1921) sont imprégnés de l’art des décorateurs baroques de la famille Bibiena tandis que les costumes évoquent le Grand Siècle français.

L’échec commercial de la création londonienne de La Belle au bois dormant signe la fin de la collaboration de Bakst avec les Ballets russes. Le décorateur ne semble désormais plus en phase ni avec le goût du public, ni avec l’évolution des arts plastiques à cette époque. Jusqu’à sa mort prématurée, à l’âge de 58 ans, Bakst s’ingéniera à montrer que son talent est intact, notamment dans le travail qu’il mène avec le directeur de l’Opéra de Paris, Jacques Rouché.

Le génie de Bakst réside non seulement dans son art de coloriste, mais aussi dans sa capacité à fusionner différentes sources d’influence pour créer un univers qui lui est propre. Les Orientales (1910) et Thamar (1912) sont des exemples parmi tant d’autres, mais le plus abouti est sans doute L’Oiseau de feu (1910) qui associe subtilement la matière des contes russes avec les légendes et l’iconographie des oiseaux fabuleux de la mythologie indienne.

Collaborateur régulier du chorégraphe Michel Fokine, Bakst travaille aussi en grande entente avec Vaslav Nijinski qui, en 1912, supplante Fokine comme chorégraphe des Ballets russes. La connivence est telle entre les deux artistes qu’il est difficile de savoir ce qui procède du génie de l’un ou de l’autre dans L’Après-midi d’un faune (1912). Ainsi, Bakst conçoit le décor, mais c’est Nijinski qui aurait donné des consignes très précises concernant son implantation, très proche du cadre de scène, afin de renforcer l’effet de frise. Tous deux ont aussi une même volonté de montrer une Antiquité plausible en recourant aux sources archéologiques : le personnage du Faune est inspiré par un groupe en marbre, Aphrodite, Pan et Éros, découvert à Délos quelques années avant le voyage en Grèce du décorateur ; pour élaborer la chorégraphie, Nijinski et Bakst parcourent les galeries du Louvre à la recherche de modèles antiques, qu’ils soient grecs, égyptiens ou assyriens.