Następnie wystąpiła w komediach: Ils sont grands ces petits (1979) i Courage, fuyons (1979) , a także w melodramacie Claude’a Leloucha We dwoje (A nous deux, 1979).
Status gwiazdy francuskiego kina podtrzymała rolą Marion Steiner w kasowym dramacie obyczajowym François Truffauta Ostatnie metro (Le dernier métro, 1980), który otrzymał 10 Cezarów, w tym nagrodę dla najlepszej aktorki dla Deneuve. Następnie zagrała businesswoman Alice, która wspomina swoje dawne relacje uczuciowe, w komedii romantycznej Claude Berriego Kocham was wszystkich (Je vous aime, 1980). Serge Gainsbourg, zainspirowany sukcesem piosenki „Dieu fumeur dr havanes”, którą na potrzeby filmu nagrał w duecie z Deneuve, przygotował dla aktorki materiał na jej album studyjny pt. Souviens-toi de m’oublier wydany w 1981, który spotkał się z chłodnym odbiorem wśród słuchaczy i recenzentów. Następnie zagrała w filmach: Wybór broni (Le choix des armes, 1981) Alaina Corneau, Hotel Ameryka (Hôtel des Amériques, 1981) André Téchinégo, Szok (Choc, 1982) i Afrykanin (L’Africain, 1982) Philippe’a de Broki, Zagadka nieśmiertelności (The Hunger, 1983) Tony’ego Scotta, Szczególna przyjemność (Le bon plaisir, 1984) Francisa Girod oraz Słowa i muzyka (Paroles et musique, 1984) , a także w kasowym dramacie wojennym Fort Saganne (1984) z Gérardem Depardieu.