Następne filmy: Złotoręki (1955), The Eddy Duchin Story (1956), Jeanne Eagels (1957), dzięki jej urodzie cieszyły się sporym powodzeniem, jednak prawdziwe hity były dopiero przed nią. Wystąpiła u boku Rity Hayworth i Franka Sinatry w Kumpel Joey (1957), który odniósł wielki sukces kasowy, chociaż nie był doceniany przez krytyków. W 1958 zagrała z Jamesem Stewartem w najlepszym swoim filmie, arcydziele Alfreda Hitchcocka Zawrót głowy (Vertigo), a rok później pojawiła się u boku Fredrica Marcha w dramacie W środku nocy (1959).
Jak się okazało, były to ostatnie ważne tytuły w jej karierze. Pojawienie się nowej generacji aktorów na początku lat 60. spowodowało spadek zainteresowania klasycznymi pięknościami w typie Kim Novak. Zaczęła dostawać coraz słabsze propozycje ABC, Trzecia dziewczyna z lewe (The Third Girl from the Left, 1973) u boku Tony’ego Curtisa czy Trójkąt Szatana (Satan’s Triangle, 1975), grała coraz mniej i w co najwyżej średnich produkcjach; aż w końcu zdecydowała się całkowicie wycofać z ekranu. Jej ostatni film to Wychodząc z mroku (1991).