Po wojnie w 1919 wznowił prace wykopaliskowe w Karkemisz. W latach 1921–1922 prowadził wykopaliska w Tell el-Amarna w Egipcie z ramienia Egypt Exploration Society. Następnie zaproszony został do poprowadzenia łączonej ekspedycji archeologicznej British Museum i University of Pennsylvania Museum do prac badawczych na stanowisku Tall al-Mukajjar (starożytne Ur) w południowej Mezopotamii. Najbardziej znany jest właśnie z prowadzonych w latach 1922–1934 wykopalisk w Ur, w trakcie których odkrył słynne grobowce królewskie z okresu starosumeryjskiego (ok. 2900–2350 p.n.e.).
W 1935 otrzymał honorowy tytuł szlachecki za wkład w dziedzinę archeologii. Rok później rozpoczął wykopaliska w Tell Atchana w północnej Syrii, stanowisku kryjącym pozostałości starożytnego miasta Alalach. Ponownie jego prace przerwała wojna. W latach 1943–1946 służył w stopniu podpułkownika (lieutenant-colonel) jako doradca ds. archeologicznych przy Civil Affairs Directorate. Za radą Woolleya Naczelny Dowódca Alianckich Ekspedycyjnych Sił Zbrojnych, Dwight D. Eisenhower, wydał rozkaz zakazujący plądrowania i niszczenia budowli o ważnym znaczeniu historycznym i kulturowym na wyzwalanych obszarach. Po wojnie Woolley podjął przerwane prace w Alalach odkrywając pałace i archiwa glinianych tabliczek z II tysiąclecia p.n.e.