A única que não está correta é a primeira:
Ouvi eles gritar.
O motivo é este: o pronome pessoal nominativo eles tem de estar a desempenhar a função de sujeito na oração com o verbo no infinitivo (gritar). No entanto, isto exigiria que o infinitivo estivesse flexionado. O uso do infinitivo simples com sujeito explícito não é possível em português, com excepção de alguns contextos enfáticos (as minhas primas querem fazer elas o jantar). A frase teria então de ser corrigida para ouvi eles gritarem. Esta análise não é contudo aplicável ao português brasileiro informal, porque aí alguns pronomes fortes são usados tanto como sujeito, quanto como objeto.
As outras frases estão todas corretas. Além da construção com infinitivo flexionado que já referi, existem mais duas construções de infinitivo disponíveis para verbos causativos (fazer e mandar, nos teus exemplos) e de perceção (ouvir). Os exemplos são retirados da Gramática do Português da Gulbenkian (pág. 1962).
Infinitivo flexionado
Este é o caso já referido.
(157) Verbo intransitivo na oração subordinada
a. A professora deixou [os alunos saírem mais cedo].
b. A mãe ouviu [as crianças chorarem].
(158) Verbo transitivo na oração subordinada
a. A professora mandou [os alunos corrigirem as redações].
b. Ela viu [as crianças atravessarem a rua].
Neste caso, o causado/percecionado antecede um verbo no infinitivo flexionado, do qual é o argumento externo. A ser substituído por um pronome, é usada a forma pronominal:
A professora mandou [eles corrigirem as redações].
Se o verbo for transitivo, o pronome que substitui o objeto direto associa-se ao verbo no infinitivo:
A professora mandou [os alunos corrigirem-nas].
Aqui encaixam portanto os teus exemplos frases 2a) e 3a).
Marcação de caso excepcional
Neste caso, o causado/percecionado continua a anteceder o verbo no infinitivo, mas este infinitivo é simples (nos exemplos, [-] é o sujeito implícito PRO):
(159) Verbo intransitivo na oração subordinada
a. A professora deixou os alunos [[-] sair mais cedo].
b. A mãe ouviu as crianças [[-] chorar].
(160) Verbo transitivo na oração subordinada
a. A professora mandou os alunos [[-] corrigir as redações].
b. Ela viu as crianças [[-] atravessar a rua].
Substituindo o causado/percecionado por um pronome, este toma a forma acusativa e associa-se ao verbo causativo/de perceção:
A professora mandou-os [[-] corrigir as redações].
Tal como no caso do infinitivo flexionado, o argumento interno do verbo transitivo no infinito associar-se-á a ele, se pronominalizado:
A professora mandou os alunos [[-] corrigi-las].
Este é portanto o caso dos teus exemplos b), embora estes sejam ambíguos em relação à construção final, pelo facto de teres escolhido verbos intransitivos (gritar, ir, chorar). Se admitirmos que os pronomes fortes representam objetos e não sujeitos, como pode acontecer no português brasileiro informal, então as frases a) poderão também caber aqui (e na união de orações).
União de orações
Aqui o causado/percecionado ocorre em posição pós-verbal, em relação ao verbo no infinitivo, o qual não é flexionado:
(161) Verbo intransitivo na oração subordinada
a. A professora deixou sair os alunos mais cedo.
b. A mãe ouviu chorar as crianças.
(162) Verbo transitivo na oração subordinada
a. A professora mandou corrigir as redações aos alunos.
b. Ela viu atravessar a rua às crianças.
Se o verbo for intransitivo, o causado/percecionado é substituído por um pronome acusativo, o que torna a construção indistinguível da marcação de caso excepcional:
A professora deixou-os sair mais cedo.
Por outro lado, quando o verbo é transitivo, o causado/percecionado é substituído por um pronome dativo:
A professora mandou-lhes corrigir as redações.
O argumento interno também pode ser pronominalizado, caso em que toma a forma acusativa e se associa, contrariamente às duas construções anteriores, ao verbo finito:
A professora mandou-as corrigir aos alunos.
E até o podem ser ambos:
A professora mandou-lhas corrigir.
Esta é uma variante da união de orações por vezes chamada de fazer-infinitivo. Existe uma outra em que o causado/percecionado se realiza como agente da passiva, introduzido pela proposição por, chamada fazer-por mas que hoje em dia é muito pouco usada, pelo menos com o oblíquo expresso.
Aroldo Andrade no seu artigo Construções causativas no português antigo e clássico: O scramblinge a emergência da marcação de caso excepcional (2015), diz que a construção de união de orações é a construção mais antiga da língua, mas que esta se perdeu no português do Brasil:
A inexistência de fazer-infinitivo em PB pode ser explicada em
termos da perda da marcação de caso dativo com a preposição a, mudança
que deu lugar ao desuso do paradigma de clíticos correspondente ao
dativo (lhe/lhes).
A Gramática do Português tem também esta nota de rodapé (pág. 1962):
Quando a oração subordinada é transitiva, a construção de união de orações com verbos de perceção é considerada marginal por alguns falantes, sendo sentida como um francesismo — um juízo que por vezes também é feito sobre as frases com verbos causativos, sobretudo quando o argumento externo da oração subordinada se realiza como agente da passiva, introduzindo pela preposição por.