Potem z Brigitte Bardot wyreżyserował dreszczowiec Księżycowi jubilerzy (Les bijoutiers du clair de lune, 1957), komedię romantyczną Kłopotliwa narzeczona (La Bride sur le cou, 1961), melodramat Odpoczynek wojownika (Le Repos du guerrier, 1962) i dramat Gdyby Don Juan był kobietą ( Don Juan ou si Don Juan était une femme..., 1972). 6 grudnia 1957 Bardot i Vadim rozwiedli się.
17 czerwca 1958 zawarł związek małżeński z duńską aktorką Annette Strøyberg, z którą miał córkę Nathalie (ur. 7 grudnia 1957). Strøyberg zagrała w horrorze erotycznym Vadima ...i umrzeć z rozkoszy (Et mourir de plaisir, 1960). 14 marca 1961 doszło do rozwodu.
Roger Vadim ponownie trafił na pierwsze strony gazet dzięki ekranizacji powieści Pierre’a Choderlosa de Laclos Niebezpieczne związki (Les Liaisons dangereuses, 1960) z Gérardem Philipe i Jeanne Moreau. Vadim przeniósł na duży ekran powieść Françoise Sagan Zamek w Szwecji (Château en Suède, 1963) z udziałem Moniki Vitti i wyreżyserował dramat wojenny Występek i cnota (Le Vice et la vertu, 1963), którego współscenarzystą był Roger Vailland. W filmie zagrały: Annie Girardot i Catherine Deneuve, z którą był związany w latach 1961–1964 i z którą miał syna, Christiana Igora Christophe’a (ur. 18 czerwca 1963).