Le temple de Bêl resta néanmoins la préoccupation principale de Robert Amy. Le dégagement et la restauration de ce sanctuaire, puis sa publication furent l’une des grandes opérations de sa carrière. Après de nombreuses années (les difficultés d’interprétation et de restitution, la complexité et le nombre de dessins à réaliser, puis les occupations professionnelles après le retour en France, occasionnèrent un retard considérable), cette opération aboutit à la réalisation de ce que l’on peut considérer comme son œuvre maîtresse, le beau volume de planches du Temple de Bêl à Palmyre, achevé en 1968, et sa part au volume de textes et de photos de l’époque, paru en 1975.
Les témoignages sur le travail de Robert Amy sur le site de Palmyre sont rares. Ses cinq enfants, tous nés pendant la guerre à Damas ou Beyrouth après son mariage au mois de mai 1939, n’ont aucune trace écrite. Et ils étaient trop jeunes pour avoir pu garder le moindre souvenir. Seuls les albums photos de la famille montrent ce que pouvait être la vie quotidienne sur le site.
Après l’évacuation des populations locales installées dans les ruines, Robert Amy, et sa famille, s'installent dans une maison située à l'angle de la grande enceinte extérieure du temple. Peinte en blanc, elle est bien visible sur les vues aériennes du site. La majeure partie de son temps était consacrée à son travail d’architecte-archéologue et de chef de chantier pour les reconstitutions. Mais les photos familiales prises à l’époque montrent qu’en tant que responsable du site, il devait aussi, avec sa femme Norine Amy, accueillir et servir de guide à de multiples délégations officielles. Ils faisaient de fréquents séjours à Damas ou Beyrouth. Dès leur installation à Palmyre, ils firent partie de la petite société française installée dans la ville proche, avec entre autres la forte personnalité de l’aventurière Marga d’Andurain, propriétaire de l’hôtel Zénobie.
