В апреле 1934 года в Ленинграде гастролировал Государственный театр имени Мейерхольда (ГосТИМ, ТИМ). И сам Мейерхольд побывал на спектаклях своего давнего соратника Вивьена. Тогда же Самойлов получил приглашение Мейерхольда перейти в его труппу на амплуа молодого героя. Как ни тяжело было расставаться с Вивьеном и молодежным коллективом, сплоченным духом студийности, покидать свой прекрасный родной город, свою семью, желание работать с Мейерхольдом было неодолимо.
Не стояла на месте и личная жизнь актера: а 4 мая 1934 года на свет появилась Татьяна — первый, желанный ребенок у молодых родителей. В Ленинграде Таня прожила всего три года. В 1937 году отец начал работать в Москве в театре у Мейерхольда, и Зинаида Ильинична с маленькой дочкой последовала за мужем. Семья должна держаться вместе — она знала простую формулу семейного счастья. Маленькой Тане суждено было расти среди людей театра. И каких людей! Переехав в Москву, молодой артист оказался под отеческой опекой Всеволода Мейерхольда, когда месяц проживал в семье режиссера, и позднее, когда приехала Зинаида Левина, жена Самойлова, режиссер всячески помогал молодой семье. Человеческая симпатия, которая установилась между ними, подарила Самойлову общение с Эйзенштейном, Шебалиным, Толстым, Софроницким, Обориным и другими выдающимися деятелями культуры — друзьями и гостями Мейерхольда.
В ГосТИМе Самойлов начал с ввода. Москвичи впервые увидели его в роли Петра («Лес» А. Н. Островского). Чутко уловив в природе таланта Самойлова яркий темперамент и склонность к героике, Мейерхольд воспитывал актера увлеченно и взыскательно. Молодой актер оказался трудолюбивым, жадным и терпеливым учеником. Он учился на репетициях Мастера и его гениальных показах, учился у своих коллег, партнеров, с упорством осваивал биомеханику. Творчески любознательный, артист окунулся в театральную жизнь Москвы: по юношеской привычке, с галерки пересмотрел весь репертуар МХАТа, спектакли вахтанговцев, был свидетелем оглушительного триумфа А. А. Остужева в роли Отелло. Восхищенный, эмоционально взволнованный, он учился у M. M. Тарханова, Б. В. Щукина, Р. Н. Симонова.
По предложению Мейерхольда блистательный актер романтической школы Юрьев, приглашенный в ТИМ на роль Кречинского, стал заниматься с Евгением, прививая ему манеру исполнения героико-романтического репертуара. Они подготовили роли Эрнани («Эрнани» В. Гюго) и Чацкого («Горе от ума» А. С. Грибоедова). С Юрьевым как партнером он встретился в спектакле «Свадьба Кречинского» Сухово-Кобылина, когда ввелся на роль провинциального романтика Нелькина.
В 1937 году Самойлов сыграл две долгожданные роли. Через два года после премьеры он выступил в роли Чацкого, заменив перешедшего в Малый театр М. И. Царева. В его исполнении Чацкий был не скептическим идеалистом, а страстным бунтарем. Работа над ролью Павки Корчагина («Одна жизнь» по роману «Как закалялась сталь» Н. Островского) стала этапной в творчестве актера на пути сценического воплощения современного героя. Актер избегал портретного сходства с Николаем Островским, а мать писателя отмечала, что он похож на сына — напористого, порывистого. Работая с Мейерхольдом над ролью Павла Корчагина, Самойлов выдержал своеобразный экзамен по мастерству пластической выразительности. Зритель не увидел спектакль «Одна жизнь». Тучи, которые постепенно сгущались над головой Мейерхольда, разразились громом — его арестовали, а театр закрыли. В связи с закрытием театра — в январе 1938 года ГосТИМ был ликвидирован. Самойлов переживал это событие болезненно, и когда в Малом театре, куда он был переведен, услышал о себе и других актерах ТИМа, брошенное в шутку «формалисты пришли», из-за принципа ушел.
Имя В. Э. Мейерхольда было и остается для Евгения Самойлова свято. Четыре года рядом с Мастером стали периодом интенсивного постижения актерской профессии и своей индивидуальности. Испытав большое человеческое и творческое влияние гениального режиссера, Самойлов усвоил навсегда его заветы: непрерывное творческое обновление, работать и творить радостно и вдохновенно, учиться у жизни, расти интеллектуально, совершенствоваться — этот путь для художника бесконечен. Благодаря Мейерхольду Самойлов влюбился в удивительный и прекрасный мир искусства театра и оставался верен сцене всю жизнь. При расставании артист получил от учителя как ободряющее напутствие краткую характеристику в служебном документе: «Е. В. Самойлов — артист, который скоро займет на театральном фронте одно их первых мест в армии советских артистов».