Eine Leica-Kleinbildkamera, die sich das Paar gemeinsam zur Hochzeit schenkte, war der entscheidende Impuls für die berufliche Neuorientierung: Die Begeisterung für die Fotografie wurde zur Profession. Bereits ab 1935 beteiligte sich Stein an mehreren Ausstellungen, zusammen mit namhaften Fotografen wie Ilse Bing, Brassaï, Man Ray, Dora Maar und André Kertész. Nach Ausbruch des Krieges mussten die Steins mit ihrer 1938 geborenen Tochter erneut fliehen. 1941 erreichten sie mit einem der letzten Schiffe New York. Seine Pariser Bildreportagen aus den 1930er Jahren und seine Portraits brachten ihm Weltruhm ein. Die Liste der Portraitierten liest sich wie das „who is who“ des 20. Jahrhunderts: Hannah Arendt, Albert Einstein, Willy Brandt, Arnold Zweig, Egon Erwin Kisch, Bertolt Brecht, Marlene Dietrich, Salvador Dalí, Martin Buber, Thomas Mann etc. Seine Fotografien sind heute in großen Museen der Welt zu sehen. Das Stadtmuseum Dresden zeigt eine Ausstellung, die in enger Zusammenarbeit mit dem Sohn Fred Steins entstanden ist, dem 1943 in New York geborenen Kameramann Peter Stein.