Im Jahr 1938 emigrierte Bayer in die Vereinigten Staaten und lebte in New York. Im selben Jahr gestaltete er die Ausstellung Bauhaus 1919-1928 in New York. 30 Jahre später wurde auch die Ausstellung 50 Jahre Bauhaus in Stuttgart nach seinem Entwurf eingerichtet. In den USA war er vor allem als Maler, Werbegrafiker und Ausstellungsgestalter tätig und arbeitete für viele Firmen und Institutionen. 1942 gestaltete Bayer die amerikanische Propagandaausstellung Road to Victory im Museum of Modern Art in New York. 1945 lässt sich Irene Bayer von ihm scheiden. Ab 1946 arbeitete Bayer als Designberater am Aspen Cultural Centre. Im Jahr 1956 wurde er Direktor der Designabteilung der Container Corporation of America. Zwischen 1958 und 1961 war er Mitglied des Kunstrats des Informationsbüros der USA. Ab 1965 arbeitete er auch als kreativer Berater für eine Reihe bedeutender Werbeagenturen und Kaufhäuser.

Sein Werk ist sehr vielfältig und reicht von der Grafik über die Malerei bis zur Landschaftsarchitektur. Zu seinen herausragenden Werken gehören die Fotomontage Selbstporträt von 1932, die Werbung für Adrianol-Emulsion von 1935, die zwischen 1944 und 1953 entstandene Serie Berge und Windungen und der Marmorgarten von 1955.