В конце 1968 года Денёв приступила к съемкам в картине «Сирена с „Миссисипи“» Франсуа Трюффо. Очень скоро ни для кого не было секретом, что между актрисой и режиссером завязался роман. Трюффо позже скажет: «Катрин так красива, что фильм с ее участием не обязательно должен иметь сюжет… Я уверен, что зритель будет счастлив от одного того, что видел ее лицо… Мне нравится в ней ее загадочность. Она охотно берется за роли, содержащие загадку, двойное дно. Катрин Денёв добавляет двусмысленность в любую ситуацию, в любой сценарий, создавая впечатление, что ее героини скрывают множество тайных мыслей, которые, однако, сами вылезают на первый план».

Денёв и Трюффо сняли квартиру в районе Сен-Жермен-де-Пре. Франсуа признается одному из друзей: «Я самый счастливый мужчина на свете». Но Катрин хочет от него ребенка. Трюффо же не склонен обременять свою жизнь новым отцовством: у него уже есть две девочки. Почти весь 1970 год они проведут вместе, и только в конце ноября на отдыхе в Тунисе Катрин объявит Франсуа, что между ними все кончено.

В 1969 году по совету своего импресарио Денёв сыграла в американском фильме «Апрельские безумства» Розенберга, где ее партнером был знаменитый Джек Леммон. В Америке Катрин Денёв принимали как звезду. Журналист «Нью-Йорк таймс» сравнил ее с Гретой Гарбо, а критик из «Ньюсуик» написал: «Французские актрисы, как хорошие вина — нетранспортабельны. Кроме Катрин Денёв». Все это могло вскружить голову. Но только не Денёв. Она вернулась в Европу.

На съемках картины Надин Трентиньян «Это случается только с другими» (1971) актриса познакомилась с Марчелло Мастроянни. Итальянец оказался поразительным рассказчиком, нежным возлюбленным. Катрин потеряла голову. Она не ощущала разницу в годах. Перед ней был совершенно обворожительный, остроумный, веселый человек. Марко Феррери дает им роли в фильме «Лиза» (1971), Жак Деми — в «Самом важном событии с тех пор, как человек вступил на Луну» (1972).

Несколько лет Марчелло метался между Римом и Парижем, пока, наконец, не решился осесть во французской столице. Но Катрин проявила редкое упрямство и наотрез отказалась выходить за него замуж. И даже появление на свет дочери Кьяры-Шарлотты 28 мая 1972 года ничего не изменило в их отношениях. Марчелло был вынужден вернуться в Италию. Без скандала. Французская писательница Франсуаза Саган заметила: «На моей памяти эта белокурая красивая женщина за двадцать лет ни разу не позволила себе хотя бы ничтожного проявления дурного вкуса. Никогда не говорила об искусстве голосом, дрожащим от волнения… Никогда на страницах журналов и газет она не сравнивала Роже Вадима и Марчелло Мастроянни, а из ее сердечных привязанностей ни один журналист, жаждущий сенсации, не сумел извлечь пользы…»

В 1970-е годы Катрин Денёв снимается у Деми, Трюффо, Феррери, Лелуша, Мельвиля, Робера, Сабо, де Шалонжа, Бунюэля-младшего, Пиреса, Уго Сантяго… Каждый из этих режиссеров был ей по-своему интересен. Подчас ее согласие на участие в той или иной картине объяснялось необычным сюжетом, неожиданной ролью, подчас — любопытством. Жан-Луи Трентиньян, ее партнер по фильму «Чужие деньги», говорил: «Ее талант составляют требовательность, честность, заинтересованность, четкость и чуточку безумия. Таланта без безумия не бывает».

В начале 1976 года Катрин Денёв с удовольствием снимается в комедии «Дикарь» Жан-Поля Раппено. Ее героиня все время вынуждена изворачиваться, чтобы отбиться от преследователей, и по ходу действия влюбляется в небритого мужчину, бежавшего от цивилизации на природу. Эта приключенческая комедия вышла в лидеры проката. Через шесть лет Филипп де Брока предложит ей похожую роль в картине «Африканец».

В 1980 году Катрин Денёв снова встречается с Франсуа Трюффо. Фильм «Последнее метро», как писали критики, — песня во славу моральной силы парижан, песня, пропетая силами маленькой театральной труппы во главе со своеобразной Жанной д'Арк — Марион Штейнер, сыгранной Катрин Денёв. В оккупированном Париже Штейнер вынуждена руководить театром, играть в нем, прятать в подвале «неарийца»-мужа. Раздираемая привязанностью к мужу и чувством к актеру труппы Бернару, она тем не менее сохраняет достоинство и вызывает уважение к себе…

Позднее, отвечая на вопрос, почему он поставил «Последнее метро», Трюффо скажет: «Я хотел удовлетворить три желания: показать кулисы театра, воскресить атмосферу оккупации и дать Катрин Денёв роль ответственной женщины».

Картина «Последнее метро» получила десять «Сезаров» из двенадцати номинаций. Денёв была награждена призом за лучшую женскую роль.

«К своим работам подхожу с исключительными мерками, — говорила в то время актриса. — По моему мнению, удались фильмы „Шербурские зонтики“, „Дневная красавица“, „Дикарь“, „Последнее метро“. Да, таких необыкновенных картин в моей жизни было четыре. А вообще я считаю, что кино — коллективная работа. Или работают все, или ничего не получается. Фильм — это своеобразная мозаика, где у каждого — особенная клеточка…»

Сотрудничество Денёв с Режисом Варнье началось с прекрасного фильма «Отель „Америка“» (1981) и продолжилось в картине «Место преступления» (1985). В 1992 году на экраны вышел «Индокитай». Фильм привлек внимание не только экзотическими съемками, романтической любовью и трагической развязкой, но прежде всего сильной, яркой и красивой личностью, которую воплотила на экране Катрин Денёв. «Я счастлива, что сыграла роль Элианы, — заметила актриса. — За последнее время — это одна из самых дорогих мне ролей. Она далась мне нелегко. Но это не главное… Главное то, что я вновь участвовала в создании высокого искусства…»

Картина имела огромный успех во всем мире. Катрин Денёв получила «Сезар» как лучшая актриса и претендовала на «Оскар».

Затем она снимается у Андре Тешине в фильмах «Мое любимое время года» и «Лето».

Режиссер Мартин Скорсезе писал: «Я видел ее недавно в фильме „Воры“ Андре Тешине. Какая другая актриса ее калибра решится взять роль профессора философии, которая из-за любви к явно нестабильной девушке решится покончить с жизнью? Успех ей обеспечило то, что она сыграла свою роль с физическим мужеством и психологической искренностью. Само собой разумеется, она — одна из самых красивых женщин в кино. Но, обладая острым пониманием того, как выглядит ее красота на экране, она достигает поразительного результата в ее ниспровержении, одновременно оставляя в неприкосновенности и блеске. В этом смысле она — уникальна. Великая звезда, великая карьера, великая актриса».

Словно бросая вызов своим годам, Денёв не перестает сниматься. Корреспондент «Фигаро» спросил, не льстит ли ей такое внимание режиссеров. Катрин ответила, что «подобный ритм отнюдь ее не радует», она ведь «не отличается ненасытностью». Но раз ее приглашают, значит, она что-то стоит!

В 1998—1999 годах Катрин Денёв снялась в фильмах: «Восток — Запад» Режиса Варнье, «Утраченное время» чилийского эмигранта Рауля Руиса, «Вандомская площадь» Николь Гарсиа, «Ночной ветер» Филиппа Гарреля, «Теща» Габриеля Агиона и «Пола икс» Леоса Каракса.

Героиня «Вандомской площади» только что прошла курс лечения от алкоголизма. Фильм рассказывает о ее трудном пути к полному выздоровлению. Режиссер Николь Гарсиа говорила о Денёв: «В ней поражает умение, передавая смятение чувств героини или состояние полного расстройства психики, сохранять некое, присущее только ей благородство. Ее Марианна не впадает в патетику, не ищет снисхождения к себе. С другой, более хрупкой актрисой, не обладающей присущей самой Катрин врожденным благородством, сделать фильм было бы значительно сложнее».

На фестивале в Венеции (1998) Денёв получила Кубок Вольпи — приз за лучшую женскую роль. Однако во Франции «Вандомская площадь» не получила ни одного «Сезара». Денёв, обидевшись прежде всего за режиссера Николь Гарсиа, заявила, что так поступать «крайне бесчестно».

В 1999 году Катрин снялась в музыкальном фильме датского режиссера Ларса фон Трира «Танцующая в темноте» (2000).

Но Денёв интересует не только кино. Одно время она выпускала духи «Денёв», затем увлеклась эскизами ювелирных украшений (она считает себя большим специалистом в этой области). Многие годы ее связывает дружба с кутюрье Ивом Сен-Лораном. Ее дочь Кьяра-Шарлотта Мастроянни и сын Кристиан также снимаются в кино. В фильме «Обретенное время» (1999) по Прусту Катрин сыграла вместе с дочерью и сыном…