從清華畢業後，呂彥斌被分配到天津汽車制配廠，在那裡4年多的工作經歷讓他積累了不少造車經驗，也能接觸到當時國內各種成熟的前蘇聯及歐洲車型。1953年，呂彥斌被調到當時的652工廠（後來的長春一汽），在那裡他畫出了中國第一張汽車結構剖視圖，設計了廠標及紀念章，並於1956年被正式任命為一汽設計處車身科科長，由此呂彥斌成為一汽車身科首任科長。
1958年，一汽接到生產東風牌轎車的任務，呂彥斌帶領設計工人迅速選定目標車型，繪製圖紙並製作出1:5比例模型。在各方技術、經濟支持下，呂彥斌他們最終於當年5月順利生產出東風牌樣車，並於隨後生產出第一台代號CA72的紅旗高級轎車，開闢了中國汽車工業的發展道路，為汽車在中國的發展書寫了濃墨重彩的一筆。
隨後呂彥斌又繼續在1964年成立的一汽轎車廠中擔任設計科科長，依舊負責紅旗轎車的車身設計工作。根據當時各種外事活動的需求，呂彥斌他們先後生產出大三排座、小三排座、兩排座、救護車以及CA772防彈車。
台北時間2014年12月25日上午，原紅旗轎車造型設計師、一汽紅旗設計處車身科首任科長呂彥斌病逝，享年94歲。
