Der Durchbruch gelang ihr 2006 mit der Rolle der Larmina El Akmar Betouche an der Seite von OSS 117, gespielt von Jean Dujardin, in "OSS 117 – Der Spion, der sich liebte", einer Agentenfilmparodie von Michel Hazanavicius, ihrem Lebensgefährten. Erneut an der Seite von Dujardin spielte sie 2011 die Rolle der Peppy Miller in "The Artist", einer Hommage von Michel Hazanavicius an die Stummfilm-Ära im Hollywood der späten 1920er Jahre. Für ihre Rolle in "The Artist" erhielt Bérénice Bejo unter anderem Nominierungen bei den Golden Globe Awards 2012 und der Oscarverleihung 2012. Bei der Verleihung der Césars 2012 wurde sie als Beste Hauptdarstellerin ausgezeichnet.