3 maja 1956 Mansfield związała się sześcioletnim kontraktem z wytwórnią filmową 20th Century Fox, która miała za cel zastąpienie przez Jayne coraz bardziej uciążliwej Marilyn Monroe. Do 15 września 1956 Mansfield była wciąż związana umową na występy w sztuce Will Success Spoil Rock Hunter? na Broadwayu. Pierwszą większą rolą Jayne była Jerri Jordan w komedii muzycznej Blondynka i ja (1956) Franka Tashlina. W filmie wystąpili czołowi artyści Rock and roll i R&B, w tym m.in. Gene Vincent, Eddie Cochran, Fats Domino, The Platters i Little Richard. Produkcja zebrała dobre recenzje. Przyniosła również Mansfield popularność i uczyniła z niej gwiazdę. thumb|left|Mansfield w Too Hot to Handle (1960) W The Wayward Bus (1957), będącym adaptacją powieści Zagubiony autobus Johna Steinbecka, Mansfield zagrała rolę dramatyczną, odchodząc od wizerunku blondwłosej seksbomby. Chciała tym samym ugruntować swoją pozycję poważnej aktorki. Film odniósł umiarkowany sukces kasowy.