In 1924 begon Gray samen met haar partner Jean Badovici aan het ontwerp voor de villa E-1027 in de Zuid-Franse plaats Roquebrune-Cap-Martin. E-1027 representeert de namen van het koppel: E staat voor Eileen, 10 voor Jean (J is de tiende letter van het alfabet), 2 refereert aan Badovici (de B is de tweede letter van het alfabet) , en 7 aan Gray (de G is de zevende letter van het alfabet).[6] Gray ontwierp het meubilair van het huis en werkte samen met Badovici de opzet uit. In het ontwerp van haar huizen wilde Gray de leefbaarheid voorop zetten; naar haar mening waren de huizen van de Zwitserse architect Le Corbusier te gestandaardiseerd en niet gericht op het comfort van haar bewoners. In een briefwisseling met Le Corbusier stelde ze: "As if a house should be conceived for the pleasure of the eye more than for the well-being of its inhabitants."[7] De glazen E-1027 tafel ontwierp ze specifiek voor het interieur van E-1027 en was geïnspireerd door recente experimenten met buisvormig metaal, zoals verricht door Marcel Breuer aan het Bauhaus.[8]
Le Corbusier was onder de indruk van het ontwerp van E-1027 en bouwde zelf vlak bij de villa een eigen blokhut, die hij zijn Cabanon de Vacances noemde. Tussen 1957 tot aan zijn verdrinkingsdood in de Middellandse zee in 1965 verbleef Le Corbusier hier regelmatig.[9] Met Badovici's toestemming schilderde Le Corbusier verschillende kleurrijke muurschilderingen op de muren van E-1027. De muurschilderingen bevatten naakte vrouwen, waarvan één een swastika draagt. Er is een foto van hoe Le Corbusier naakt zijn schilderingen aanbrengt op de muur van de villa.[10] Gray had een sterke afkeur voor deze muurschilderingen omdat ze de integriteit van de vlakke muren tenietdeden.[11]
Kort na de voltooiing van het huis gingen Gray en Badovici uit elkaar. Gray ontwierp nu een huis voor zichzelf, Tempe à Pailla genaamd, in de buurt van Menton. Dit huis wordt, evenals E-1027, gezien als iconisch voor modernistische architectuur. Het huis is gebouwd met de bedoeling privéleven en het ontvangen van gasten te combineren en is voor dit gebruik als het ware in tweeën gedeeld. Dit is terug te zien in de positionering van de kamers en de plaatsing van grote raampartijen en balkons om gasten van het uitzicht op zee te laten genieten. De slaapkamers, kamers voor het bedienend personeel en de binnenplaats zijn aan de achterzijde gesitueerd, met uitzicht op de bergen. Gray gebruikte zowel voor het interieur als het exterieur van het huis hetzelfde materiaal.[12]
In 1937 exposeerde Gray haar ontwerp voor een vakantiecentrum in het pavillon des Temps nouveaux van Le Corbusier en Pierre Jeanneret, op de Wereldtentoonstelling van 1937.[11]