La comédienne tourne sous la direction de Riad Sattouf dans "Les Beaux gosses" (2009) et est à nouveau nommée aux César en tant que Meilleure Actrice dans un second rôle. Elle joue aussi dans "" de Bertrand Bonello, présenté en Sélection officielle lors du Festival de Cannes 2011. Elle est pour ce rôle, nommée pour la cinquième fois dans la catégorie Meilleure Actrice dans un second rôle aux César. En 2011, elle est à l'affiche de "L'Amour, la mort, les fringues", pièce mise en scène par Danièle Thompson au Théâtre Marigny. Noémie Lvovsky travaille ensuite avec Delphine et Muriel Coulin pour "17 filles" (2011), avec Julie Delpy  pour "Le Skylab" (2012), et avec Benoît Jacquot pour "Les Adieux à la reine" (2012).