El esquema básico de la personalidad de los dos investigadores fue, en esencia, el mismo desde sus inicios: Filemón era, en teoría, el jefe y responsable del dúo, aunque le podía más su buena voluntad que su acierto y acabara siempre recibiendo los más sonoros tortazos por culpa de su compañero; Mortadelo era el personaje con una personalidad más marcada desde el principio; listo, hábil y rápido con los disfraces, era el elemento que provocaba los gags y que casi siempre acababa perseguido por su «amado jefe».
Personajes icono
La serie fue muy bien recibida por los lectores casi desde el principio, pero fue en 1969, con el nacimiento de la revista Gran Pulgarcito y la iniciativa de publicar por entregas historias largas (sus aventuras hasta entonces eran de una o dos páginas), cuando Mortadelo y Filemón empezaron a convertirse en el mito popular que son hoy en día.
Su primera historia larga, El sulfato atómico, muy bien planificada y dibujada, confirmó a Ibáñez como autor de éxito, al tiempo que inauguró la Colección Olé de Bruguera. A partir de ese momento, Mortadelo y Filemón se hicieron definitivamente con el favor de los lectores de todas las edades, y su serie recibió en 1969, 1974, 1975 y 1976 el Aro de Oro a los personajes infantiles más populares.
Una clara muestra del espectacular éxito de la serie fue el nacimiento en 1970 de la revista Mortadelo, a la que seguirían otras publicaciones como Mortadelo Especial, Mortadelo Gigante y Súper Mortadelo. En aquel momento, Ibáñez ya había dotado a la serie de sus constantes más conocidas: Mortadelo y Filemón trabajaban para la T.I.A. (Técnicos de Investigación Aeroterráquea) a las órdenes del Súper, y tenían que soportar los estrafalarios inventos del Profesor Bacterio, responsable por otra parte de la calvicie de Mortadelo, víctima de uno de sus errores «tecnológicos». Ofelia, la secretaria del Súper, apareció algún tiempo después.
Pero la popularidad de Francisco Ibáñez no se cimentó exclusivamente en «Mortadelo y Filemón». Autor prolífico, Ibáñez creó varias series, entre las que destacan «La familia Trapisonda, un grupito que es la monda» (nacida en las páginas de El DDT en 1959); «13, rue del Percebe» (otra de sus series más conocidas, realizada con una gran riqueza de detalles y creada para Tío Vivo en 1961); «El botones Sacarino» (serie que fue adaptada para la televisión a fines de los años noventa y que nació, según Ibáñez, como fruto de su propia experiencia como botones, en las páginas de El DDT en 1963); «Rompetechos» (del que Ibáñez ha dicho repetidamente que es su personaje favorito y su álter ego, iniciada en Tío Vivo en 1964), y «Pepe Gotera y Otilio, chapuzas a domicilio» (Tío Vivo, 1966), entre muchas otras.