Pada tahun 1964, Koes hijrah dari Yogyakarta ke Jakarta untuk mengejar mimpinya menjadi seorang penyanyi kenamaan.
Ia kemudian bergabung dengan band Jakarta bernama Dharma Putra Kostrad pada tahun 1967 dengan menjadi vokalis utama.
Pada tahun yang sama, Koes merilis album pertamanya yang berjudul "Lambaian Bunga" di bawah label Elshinta Records.
Pada tahun 1968, album keduanya dirilis oleh Ramayana Records dengan judul "Wanita Wanita Wanita - Koes Hendratmo Pop Indonesia Vol.1".
Selain dunia tarik suara, Koes juga berkecimpung di dunia seni peran dengan film pertama "The Big Village" (1969) di mana ia berperan sebagai seorang penyanyi.
Pada akhir 1970-an, bersama dengan mentor dan teman dekatnya Kris Biantoro, Koes membintangi film berjudul "Magelang Kembali" sebagai seorang prajurit yang berjuang mempertahankan Magelang dari penjajah Belanda.
Sukses di dunia tarik suara dan muncul di banyak film, Koes kemudian menjadi pembawa acara untuk berbagai acara seperti resepsi pernikahan, peluncuran produk, perayaan ulang tahun hingga acara musik di TV.
Namanya sebagai pembawa acara meroket lewat program Berpacu Dalam Melodi yang tayang mulai akhir 1980-an hingga awal 2000-an.
Berpacu Dalam Melodi adalah kuis yang menampilkan berbagai pertanyaan untuk menguji pengetahuan musik para pesertanya yang berasal dari tokoh masyarakat hingga artis.
Acara tersebut menjadi fenomena sekaligus menorehkan nama Koes sebagai salah satu pembawa acara populer dan bergaji tinggi di Indonesia kala itu.
Selain Berpacu dalam melodi, ia juga menjadi pembawa acara salah satu variety show populer, PESTA (Pentas Sejuta Aksi) pada awal 2000-an.