In 1907 nam hij deel aan de eerste Amerikaanse expeditie naar fossielen buiten Noord-Amerika onder leiding van Henry Fairfield Osborn in het Egyptische Fayoem. Deze locatie heeft een van de compleetste fauna's uit het Kenozoïcum opgeleverd.
In de jaren twintig ging Granger voor het American Museum of Natural History naar China en Mongolië tijdens de Centraal-Aziatische Expedities, samen met Roy Chapman Andrews. Tijdens deze Centraal-Aziatische expedities werden fossielen gevonden van onder meer de dinosauriërs Velociraptor, Oviraptor en Protoceratops, zoogdieren als Andrewsarchus, Sarkastodon en Prodinoceras. Ook was Granger betrokken bij onderzoek naar de "Pekingmens" (Homo erectus pekinensis). Na zijn dood werd de "Asiatic Hall of Fossils" in het American Museum of Natural History hernoemd naar "Walter Granger Memorial Hall" ter ere van zijn werkzaamheden.