Другий раз у 1945-му — у Кривому Розі в льотне училище, але й тут не вдалося вчитись, можливо, через помилки в документах про освіту.
У школу акторів у Києві Бикова теж не прийняли, адже на той час — 1946 рік — він ще не мав атестата про середню освіту, але вже наступного року Леонід вступив на українське відділення акторського факультету Харківського театрального інституту, який закінчив у 1951 році.
У 1951–1960 роках Леонід Биков — актор Харківського державного академічного драматичного театру імені Т. Шевченка. У театрі, власне, починається його акторська кар’єра. Роль матроса Паллади у виставі «Загибель ескадри» стала дебютною на театральній сцені.
Потім у 1952 році була роль Павки Корчагіна у героїчній драмі «Як гартувалася сталь», Москатель у комедії «З коханням не жартують». Биков на сцені театру зіграв понад 20 ролей — головних, другорядних і навіть без слів («Не називаючи прізвищ», «Роки блукань», «Людина шукає щастя», «Вулиця трьох солов’їв, 17», «Коли цвіте акація», «В пошуках радості» тощо).
У 1960–1969 роках Леонід Федорович працював на Кіностудії «Ленфільм», а з 1969-го він — актор і режисер Кіностудії імені Олександра Довженка. У кіно свою першу роль він зіграв у 1952 році на «Ленфільмі» у фільмі «Переможці», потім був Сашко у стрічці Київської студії «Доля Марини».
Уже наступна роль у фільмі «Приборкувачка тигрів», де зіграв Петю Мокіна, стала помітною в його творчій біографії. А в 1955 році він виконав головну роль у фільмі «Максим Перепелиця», яка принесла йому всенародне визнання.
Серед кращих ролей Леоніда Бикова у кіно можна назвати Богатирьова («Дорога моя людина», 1958), Акішина («Добровольці», 1958), танкіста («Травневі зірки», 1959), Альошки («Альошкина любов», 1960), Гаркуші («На семи вітрах», 1962).
Наприкінці 60-х років Леонід Федорович разом з Євгеном Онопрієнком та Олександром Сацьким створює сценарій фільму про льотчиків, який довго не пропускала цензура через його «негероїчність». Після довгого очікування у 1973 році Леонід Федорович таки зняв «У бій ідуть лише «старики».
У цій картині актор зіграв головну роль, прототипом якої стала ціла когорта радянських льотчиків Другої світової війни, і в першу чергу Віталій Попков.
У 1976 році було знято ще один видатний фільм про буремні події Другої світової — «Ати-бати, йшли солдати». Ці дві стрічки, власне, і зробили Бикова визначним кіномитцем ХХ сторіччя.
У 1978 році розпочалися зйомки фантастичного сатиричного фільму «Прибулець» за повістю Євгена Шатька «Прибулець-73». Биков виступив як автор сценарію, режисер та виконавець головної ролі інопланетянина Глоуза та колгоспника Юхима.
У березні 1979 року вже було відзнято дві частини фільму на кіноплівку... На думку фахівців, картину чекав успіх, але доля зруйнувала плани...
Леонід Биков трагічно загинув в автомобільній катастрофі на 47-му кілометрі траси «Мінськ — Київ» 11 квітня 1979 року. Режисер повертався на своїй машині з дачі під Києвом.
Попереду нього рухався трактор МТЗ-50 із культиватором, і з невідомих причин Биков вирішив його обігнати, не переконавшись у безпеці маневру...
На місці загибелі (траса Київ — Іванків, 400 метрів після виїзду із смт Димер у бік Іванкова) встановлено пам’ятний знак.
Можна, звісно, перелічити, як годиться, усі регалії та нагороди Леоніда Бикова. Їх було доволі. Лише вулиць його імені в українських містах налічується сім, а на адміністративному корпусі Кіностудії імені Олександра Довженка встановлена Меморіальна дошка на честь Леоніда Федоровича Бикова.
На схилах Дніпра біля Києво-Печерської лаври споруджено Пам’ятник військовим льотчикам, де увічнено Бикова в образі капітана Титаренка. А ще були звання і премії. Однак найвищим визнанням людини та майстра є невгасима любов народу до нього та його героїв.