2009 startete McAdams ein Comeback und wurde mehrfach von der Kritik gelobt. Große Anerkennung bekam sie für ihre Darstellung in "State of Play – Stand der Dinge". In der Verfilmung des gleichnamigen Bestsellers "Die Frau des Zeitreisenden" spielte sie die weibliche Hauptrolle an der Seite von Eric Bana. Kurz darauf war sie als Irene Adler in der Neuverfilmung der Romanreihe des "Sherlock Holmes" zu sehen, der sich 2012 die Fortsetzung "" anschloss. 2012 folgten Spielfilmarbeiten mit Terrence Malick und Brian De Palma. In Malicks Drama "To the Wonder" ist sie als Geliebte von Ben Affleck zu sehen, während sie in De Palmas Thriller "Passion" (eine Neuverfilmung von Alain Corneaus "Liebe und Intrigen" aus dem Jahr 2010) an der Seite von Noomi Rapace agiert. Beide Filme erhielten Einladungen in den Wettbewerb der 69. Internationalen Filmfestspiele von Venedig.