Le 15 février 1953, il entre aux Studios Hergé pour y travailler aux aventures de Tintin, tout en continuant à collaborer avec Jacques Martin, pour qui il dessine les décors d'Alix jusqu'au début de l'album Iorix le Grand et de Lefranc. Il restera en tout 15 ans aux studios Hergé.
De 1954 à 1957, il conçoit de nombreuses planches techniques dans l'hebdomadaire Tintin, ainsi que quelques chroniques sur le modélisme. Avec Hergé, il travaille surtout des dessins techniques
Ce fut au cours de la soirée de Noël du 25 décembre 1968 que Roger Leloup dessina les premières esquisses d'une jeune héroïne asiatique qu'il voudrait introduire dans une éventuelle reprise de Jacky et Célestin de Peyo, avec qui il a collaboré pour une histoire des Schtroumpfs. Yoko Tsuno est alors la sœur d'un électronicien japonais qui devait apparaitre pendant un épisode intitulé : l'Araignée qui volait.