1974年、湯浅は65歳となった。CNRSの定年は研究長以外は65歳と定められていた。湯浅の実績は研究長となるのに十分なものだったが、当時のCNRSの人員縮小政策のために研究長になることができなかった。そこでCNRSの計らいで、湯浅は特例で名誉研究員となり、定年後も研究を続けられるようになった。1976年、「永年にわたるフランスでの学究生活」と「日仏文化交流に貢献した」ことに対して、日本の紫綬褒章が贈られた。1977年、原子核構造国際会議に出席するため、10年ぶりに日本に帰国した。湯浅は手術後の体調が思わしくなく、食事を満足にとることもままならない状態だった。その不調ぶりは傍目からも分かる程度であったため、久しぶりに湯浅に再会した日本の友人を心配させた。その体調の中で、湯浅は会議の他、日本各地で講演し、また、友人や教え子らの訪問も多く、精力的な日々を送った。フランスに戻ってからは、実験の他に、日仏共同研究の計画にも取り組んだ。日仏共同研究の実施には困難な点が多く、湯浅は日本の担当者である柳父琢治と電話や手紙で何度もやり取りをした。体調は1979年ごろからますます悪化していったが、共同研究が実現できなくなってしまうからと、入院は断固拒否し、食事療法などで対処しようとしていた。しかし1980年1月、湯浅の体調の異常は周囲から見て明らかになってきたため、30日、知人の手によりパリ郊外のアントワーヌ・ベクレル病院への入院の手続きがとられた。このときも湯浅は救急車の中から窓をたたき、「降ろしなさい」と言い抵抗した。入院後、湯浅の体調は急激に悪化し、2月1日には危篤状態となった。一方、日仏共同研究はその前日にフランス政府から正式な許可を得ることができた。東大原子核研究所教授の坂井光夫は渡仏した際にそれを伝えるため、2月1日に病院に駆け付けた。坂井が湯浅に、フランス政府の許可が得られたことを知らせると、意識を失っていたかに見えた湯浅は目をあけてうなずき、何かを言おうとして口を動かした。そして同日の午後4時25分に70歳の生涯を閉じた。
1959年、湯浅の研究室は、新しくできたオルセー原子核研究所へと移動した。ここでも湯浅は研究の他に、日本からの留学生の対応、国際会議への参加など、多忙を極めた。1967年、東京で開かれた原子核国際会議に参加するため、18年ぶりに日本に帰国した。この帰国をきっかけに、日本の研究者とCNRSとの間の交流が盛んになった。また、湯浅に対する日本の科学雑誌などへのエッセイの依頼も増えるようになっていった。1970年ごろから湯浅は体調が思わしくないことが多くなった。湯浅は仕事を優先させて自らの体調管理にはあまり気を使わないでいたが、1973年にようやく病院に通い、胃と胆のうを摘出する手術を受けた。
1949年、フレデリック・ジョリオ＝キュリーから「ご無事をよろこぶ。再び研究を始めましょう」という電報が届いたのをきっかけに、湯浅は再びパリに渡り研究を再開した。中断した5年間の遅れを取り戻すのには苦労したが、やがてβ崩壊の研究などで成果を上げ、国際会議でも講演するようになった。湯浅はお茶の水女子大からの出張という扱いでパリで活動していたが、1952年には出張期限が切れたため、以後は休職という形でパリに留まった。1955年にはその休職期間も切れたため、湯浅は日本に戻るか大学を退職してパリで研究員となるかの選択を迫られた。日本からは帰国を促す手紙も寄せられ、湯浅は悩んだが、研究を継続させるためにパリに残ることに決めた。そして1955年10月に、今まで研究を行っていたCNRS（フランス国立中央科学研究所）の研究員となった。湯浅の研究は進み、1957年には主任研究員となった。一方で、1956年にはイレーヌ・ジョリオ＝キュリー、1958年にはフレデリック・ジョリオ＝キュリーが死去し、湯浅は深く悲しんだ。
1982年12月8日、三波が52歳で急死。訃報を聞いた際、伊東は三波が安置されている病院に向かい、報道陣の問いかけに「（三波の遺体を触った際に）まだ温かいんですよ。温かいものだから死んだ気がしなくて…」と語り、葬儀で号泣した。こうして「てんぷくトリオ」は伊東だけとなってしまう。1977年、TBS系ドラマ『ムー』で、渡辺美佐子の夫役を演じて人気を博し、1983年のNHK連続テレビ小説『おしん』の父親役に抜擢され、ドラマは大ヒット。以後、活動の中心は俳優業に据え、活躍の場を大きく広げた。1992年から2015年まではTBS系『十津川警部シリーズ』で亀井定雄役を一貫して演じたほか、2時間ドラマの主演も多い。俳優業以外にはバラエティ番組の司会も数多く担当し、日本テレビ系バラエティ番組『伊東家の食卓』には「お父さん」役で約10年出演した。テレビドラマでの父親役のイメージが強く、他の芸能人からは「（伊東家の）お父さん」と呼ばれることも多い。CMでは『白子のり』のイメージキャラクターを長年務めていることで有名。『おしん』以降、コメディアンと並行してシリアスな俳優としての存在感も高めた伊東であったが、自らを「喜劇役者」と位置づけており、「いつまでもそうあり続けたい」と語っている。「三波も戸塚も死んだが、てんぷくトリオは解散したものではない、解散を口にしたことはない」とも述べ、コメディへのこだわりも見せる。かつての喜劇役者仲間であり、親しい友人でもあった東八郎、関敬六、また渥美清や由利徹などといった浅草喜劇出身の役者たちが次々に冥界の人になって以後は、「浅草喜劇の伝統を後代へ引き継ぎたい」という想いと、「彼らの分まで、体が動く限り現役で頑張りたい」との想いが年々強くなっているという。1997年、三宅裕司、小倉久寛らと共にオムニバスコントの舞台『いい加減にしてみました』を上演する（2002年・2010年にも上演）。この流れで、今ではあまり見られない典型的な喜劇・軽演劇の舞台を再現しようと、2004年、『伊東四朗一座 〜旗揚げ解散公演』を上演した（タイトルからも分かるように最初で最後の予定であった）。この公演は当日券を求める客があふれるほどで、多くのリクエストを受けて、翌2005年には『伊東四朗一座 〜急遽再結成公演〜』を上演する。その後、2006年・2007年には伊東が参加しなかったため、三宅らは「熱海五郎一座」と銘打って活動する。2008年には再び伊東が加わり「伊東四朗一座」として公演を行う。2009年には「伊東四朗一座・熱海五郎一座合同公演」が上演された。現在は年1回のペースで活動。伊東四朗一座の舞台公演作品はDVD化もされている。この他にも舞台公演は精力的に行っている。角野卓造、松金よね子、佐藤B作・あめくみちこらとともに「西荻窪エリアでお酒を飲みながら語らう会」（西荻の会）を結成し、実際に西荻窪エリアで酒を飲みながら語らっていたが、ある時会の外から「このメンバーで芝居を」との提案を受けたことから、2011年、本多劇場にて西荻の会による介護コメディー『ロング・ロスト・フレンド』を上演した。