Seinen bis dahin größten Erfolg erreichte er mit seinem fünften Spielfilm "Blau ist eine warme Farbe" (2013) nach einem Comic von Julie Maroh, bei dem er einmal mehr als Regisseur sowie Ko-Drehbuchautor beteiligt war. Das Liebesdrama um zwei junge Frauen brachte Kechiche und seinen Hauptdarstellerinnen Adèle Exarchopoulos und Léa Seydoux die Goldene Palme des 66. Filmfestivals von Cannes ein und gewann u. a. den Grand Prix de la FIPRESCI sowie den British Independent Film Award, New York Film Critics Circle Award und Critics’ Choice Movie Award jeweils als beste fremdsprachige Filmproduktion. 2016 belegte "Blau ist eine warme Farbe" bei einer Umfrage der BBC zu den 100 bedeutendsten Filmen des 21. Jahrhunderts den 45. Platz. Zwischen Kechiche und den Hauptdarstellerinnen gab es aber auch eine Kontroverse, als die ihm nach dem Dreh vorwarfen, die Sexszenen des Filmes unnötig häufig sowie außergewöhnlich lange wiederholt zu haben.