L'incarico di Cantor et Director Musices richiedeva non solo che egli insegnasse a cantare agli studenti della scuola di canto, ma che fornisse anche settimanalmente musica per le due chiese principali di Lipsia. Andando ben oltre le richieste, Bach si sforzò di comporre una nuova cantata ogni settimana. Questa programmazione del lavoro, che tutto sommato era sostenibile dal momento che in pratica consisteva nello scrivere un'ora di musica ogni settimana, pur se in aggiunta ai più ordinari compiti della scuola, si rivelò per Bach talmente stimolante da indurlo a produrre musica realmente sublime, che è stata conservata per la maggior parte.
Molte delle cantate di questo periodo sono ispirate alle letture bibliche domenicali della settimana secondo il calendario liturgico evangelico e utilizzano - rielaborate in varie forme - le melodie degli inni luterani, dai quali la cantata stessa prende il titolo, come in Wachet auf! Ruft uns die Stimme e Nun komm, der Heiden Heiland.
Per i giorni delle solennità festive, quali il Natale, Venerdì Santo e Pasqua, Bach scrisse cantate e oratori di particolare bellezza, come ad esempio il Magnificat per il Natale, o di notevole complessità come la Passione secondo Matteo per il venerdì Santo. Il compositore stesso considerava la monumentale Passione secondo Matteo tra le sue opere migliori; nella sua corrispondenza si riferiva a quest'opera come alla sua "grande Passione" e ne preparò con attenzione un manoscritto autografo che richiedeva per la sua rappresentazione la partecipazione di tutti i musicisti disponibili nella città. La rappresentazione bachiana dell'essenza e del messaggio della cristianità nella sua musica religiosa è così potente, accurata e bella, che in Germania il suo autore a volte viene considerato come un Quinto Evangelista[18], e nel calendario liturgico luterano Bach è commemorato nel giorno della sua morte, il 28 luglio[19].
Nel 1731 Bach pubblicò una raccolta di sei partite con il nome di Clavier-Übung. In realtà queste partire erano già uscite separatamente nel 1726 ed era la prima opera che Bach giudicasse abbastanza compiuta per essere pubblicata. Nei successivi quindici anni uscirono altri volumi del Clavier-Übung, l'ultimo dei quali continene una delle opere più importanti di Bach: l'Aria con diverse variazioni. Stampate nel 1742, saranno chiamate Variazioni Goldberg dal nome dell'allievo di Bach Johann Gottlieb Goldberg.
A Lipsia Bach assunse anche la direzione del Collegium Musicum: questa istituzione, fondata da Georg Philipp Telemann, ogni venerdì teneva dei concerti al Caffè Zimmermann, concerti per i quali Bach compone diverse cantate di carattere non sacro, come la Cantata dei Contadini e la Cantata del Caffè. Durante questo periodo Bach compose il Kyrie ed il Gloria della Messa in Si minore, e, nel 1733, presentò lo spartito al re Augusto III di Polonia, sperando di convincere il sovrano a nominarlo compositore di corte. Bach completò poi il lavoro con l'aggiunta di Credo, Sanctus ed Agnus Dei.
A Lipsia Bach si trovò a suo agio con i docenti dell'università; molti dei professori divennero padrini dei suoi figli ed alcuni degli uomini di lettere e dei teologi in servizio all'università fornirono i libretti per le sue cantate. Bach, negli ultimi anni della sua vita, ebbe una relazione di amicizia particolarmente redditizia sul piano artistico con il poeta Picander. È singolare il fatto che che non si incontrò mai con Georg Friedrich Händel, pur essendo i due compositori nati nello stesso anno, entrambi tedeschi, e nonostante Händel fosse stato diverse volte in Germania. Nel 1747 Bach si recò alla corte di Federico II di Prussia a Potsdam, dove il re inventò sul momeno un tema al clavicembalo e sfidò Bach ad improvvisare una fuga basata sul suo tema. Bach improvvisò una fuga a tre voci, poi inviò al re l'Offerta Musicale, un'opera che consiste in fughe, canoni ed un trio, tutte composte sul tema ideato dal sovrano. L'Arte della fuga, pubblicata postuma, è incompiuta. Si compone di 18 fughe e canoni complessi basati sopra un tema semplice. Questo lavoro è spesso citato come la somma delle massime tecniche polifoniche.