Alors qu'O'Toole n'a à son actif que trois seconds rôles, Sam Spiegel, qui avait approché Marlon Brando pour le rôle de T. E. Lawrence, se rend aux arguments de David Lean et l'embauche. Le tournage de Lawrence d'Arabie est interminable, consume presque deux années de la vie du jeune acteur. Il y gagne la gloire, et pas grand chose d'autre, puisque la légende veut qu'il ait perdu la quasi totalité de son cachet dans des casinos du Moyen-Orient en compagnie de son partenaire, Omar Sharif.