L'actrice présente ensuite, lors de la du festival de Cannes en 2011, "Les Bien-aimés" de Christophe Honoré, qui lui permet de renouer avec le film musical. La même année, Catherine Deneuve participe à l'émission "Taratata" où elle reprend le titre "L-O-V-E" de Nat King Cole, en duo avec Julien Doré . En 2012, "Les Lignes de Wellington", œuvre romanesque et picturale se déroulant lors de la troisième invasion napoléonienne au Portugal, devait marquer sa troisième collaboration avec Raoul Ruiz mais ce dernier meurt peu de temps avant le tournage. Le film est finalement mis en scène par Valeria Sarmiento, la compagne du réalisateur. La même année, Catherine Deneuve joue le rôle de Cordelia, la reine de Bretagne, dans "", quatrième adaptation cinématographique des aventures d'Astérix, avant d'incarner Catherine II de Russie dans le film greco-russe "Dieu aime le caviar", avec également John Cleese. Toujours en 2012, le grand magasin "Le Bon Marché" rend hommage à l'actrice en lui consacrant ses vitrines, où elle est mise en scène à travers dix illustrations pop art signées Marjane Satrapi. À cette occasion, elle participe à un court métrage documentaire de Loïc Prigent, "Catherine Deneuve Rive Gauche", dans lequel elle dévoile ses lieux favoris de la Rive Gauche.