[1] En 1934 hace la mili [cita requerida], y en la Nochevieja de aquel año mientras practicaba cada día el arte ecuestre.
En 1935 comienza en el mundo del cine con la película El 113 dirigida por el propio Vilches en donde interpreta a un joven ingeniero llamado Marcelo Brichot.
Un año más tarde realizaría su primer papel protagonista en la película Las tres gracias, una producción hispano-lusa dirigida por José Leitão de Barro sobre la vida del poeta Manuel María Barbosa du Bocage, que interpretaría el propio Alfredo Mayo.
Tras realizar la película, sirvió en las fuerzas aéreas en el bando sublevado, donde estuvo hasta el final de la guerra.
Al año siguiente firma un contrato en exclusiva con Cifesa realizando tres películas que le harían convertirse en el galán de moda del momento: Harka, Sarasate, donde encarna al compositor Pablo Sarasate, y Escuadrilla.
[4] Este trabajo haría a Mayo especializarse en papeles militares: ¡A mí la Legión!, El frente de los suspiros, Malvaloca y Deliciosamente tontos.
Durante los años 1960 participa en casi cincuenta películas, aunque desempeña papeles menores en donde sólo aparece algunos minutos, como en El turista de 1963.
Durante los años 1980 vuelve a conseguir un papel de galán en la película de Luis García Berlanga Patrimonio nacional, aunque declaró que ya no era el tipo por el que se le conoció durante la posguerra.