No final dos anos 50, a DC Comics criou a Liga da Justiça tornando os super-heróis de quadrinhos mais populares. Em resposta, a editora Lee foi contratada para criar uma nova equipe de super-heróis. A esposa de Lee, Joan, disse que ele fazia experiências com histórias que ele gostava, já que planejava mudar de carreira e não tinha nada a perder.
Lee seguiu o conselho de sua esposa e criou um conjunto de heróis com falhas de caráter porque muitos heróis antes eram vistos como seres quase perfeitos.
Os primeiros super-heróis Lee e o artista Jack Kirby criaram juntos os Quatro Fantásticos. Eles se tornaram populares o que levou os ilustradores de Lee e Marvel a criarem novos heróis. Novamente trabalhando com Kirby, Lee co-criou o Hulk, Thor, Iron Man, e os X-Men; com Bill Everett, Daredevil; e com Steve Ditko, Doutor Estranho e o personagem de maior sucesso da Marvel, Homem-Aranha. Como resultado, Lee criou um universo compartilhado entre os heróis fictícios. Lee e Kirby combinaram vários de seus personagens recém-criados no título da equipe Os Vingadores.
A revolução de Lee se estendeu além dos personagens e enredos, à forma como os quadrinhos engajaram os leitores e construíram um senso de comunidade entre fãs e criadores. Ele introduziu a prática de incluir regularmente um painel de crédito na página de cada história, nomeando não apenas o escritor e o lápis, mas também o autor e o autor da carta. Na página Bullpen Bulletins, que (como as colunas de cartas que apareciam em cada título), foram apresentadas notícias regulares sobre os membros da equipe da Marvel e os próximos enredos, que foram escritas num estilo amigável e conversador. Lee observou que seu objetivo era que os fãs pensassem nos criadores de quadrinhos como amigos, e considerou uma marca de seu sucesso nesta frente que, numa época em que as cartas para outros editores de quadrinhos eram normalmente endereçadas "Prezado Editor", as cartas para a Marvel dirigiam-se aos criadores pelo primeiro nome (por exemplo, "Prezado Stan e Jack").
Nos anos 60, Lee escreveu, desenhou e editou a maioria das séries da Marvel e escreveu uma coluna mensal chamada "Stan's Soapbox". Ele escreveu uma cópia promocional interminável, muitas vezes assinando com seu lema de marca registrada, "Excelsior! Lee fazia um brainstorm com o artista e depois preparava uma pequena sinopse em vez de um roteiro completo. Com base na sinopse, o artista preenchia o número de páginas restantes determinando e desenhando o roteiro de painel a painel.
Após a saída de Ditko da Marvel em 1966, John Romita Sr. tornou-se colaborador de Lee no The Amazing Spider-Man. Em um ano, ultrapassou o Fantastic Four para se tornar o maior vendedor da empresa. As histórias de Lee e Romita focavam tanto na vida social e universitária dos personagens quanto nas aventuras do Homem-Aranha. As histórias falavam sobre questões da época, como a Guerra do Vietnã, eleições políticas e o ativismo estudantil. Lee criou o Pantera Negra, um rei africano que seria o primeiro super-herói negro da história em quadrinhos.
Lee e o artista John Buscema criaram a série The Silver Surfer em agosto de 1968.
No ano seguinte, Lee e Gene Colan criaram o Falcon, o primeiro super-herói afro-americano dos quadrinhos em Captain America #117 (setembro de 1969). Depois, em 1971, Lee ajudou a mudar o Código de Quadrinhos. O Departamento de Saúde, Educação e Bem-Estar dos EUA havia pedido a Lee para escrever uma história em quadrinhos sobre os perigos das drogas. Como resultado, Lee criou uma história de três edições em The Amazing Spider-Man #96-98 (capa - com data de maio a julho de 1971), na qual o melhor amigo de Peter Parker se torna viciado em drogas prescritas. A Comics Code Authority não aprovou isto porque as histórias retratavam o uso de drogas. No entanto, Lee teve a história publicada sem o selo de aprovação da autoridade. Os quadrinhos venderam bem e a Marvel teve críticas positivas por seu foco em questões sociais maduras.
Lee apoiou o uso de quadrinhos para criticar eventos sociais sobre o mundo real, muitas vezes falando sobre racismo e fanatismo.
Em 1972, Lee deixou de escrever quadrinhos mensais para se tornar editor. Sua última edição de The Amazing Spider-Man foi a # 110 (julho de 1972) e sua última edição de Fantastic Four foi a # 125 (agosto de 1972).
