En 1906, il s’installe dans l’un des trois pavillons du 7 rue Lemaître à Puteaux, où viennent ensuite le rejoindre son frère Raymond Duchamp-Villon et le peintre tchèque Frantisek Kupka. La peinture occupe une place grandissante dans l’activité de l’artiste. On retrouve dans ses toiles l’influence de Manet et des Fauves.

En 1911, sous l’influence de son frère Marcel Duchamp, Villon démarre son aventure cubiste. Son atelier de Puteaux devient le lieu de rencontre d’une partie de l’avant-garde parisienne, notamment Walter Pach, Frantisek Kupka, Raymond Duchamp-Villon, Albert Gleizes, Marcel Duchamp, Jean Metzinger, Francis Picabia, Fernand Léger, Robert Delaunay… appelé « le Groupe de Puteaux ». Tous ces artistes se revendiquent d’une esthétique cubiste et abstraite, sans avoir de lien particulier avec Braque et Picasso.

En 1912, sous l’impulsion de Jacques Villon, le groupe de Puteaux prend le nom de « Section d’Or », référence directe aux maîtres de la Renaissance. Au Salon d’Automne de la même année, les membres du groupe aménagent et décorent la Maison Cubiste, projet monumental qui crée un scandale. Suite à l’hostilité de Franz Jourdain, président du Salon, Jacques Villon démissionne du comité du Salon d’Automne.

Dix jours après le vernissage du Salon d’Automne, ils organisent une exposition dans le hall d’un marchand de meuble, rue de la Boétie, le Salon de La Section d’Or. Cette manifestation, qui réunit les figures majeures de l’art moderne français de la première moitié du XXe siècle, est l’un des événements marquants de l’histoire du Cubisme.