1990年に日本やイギリス、ブラジルなどを巡る最後の世界ツアーを行い、この際に最後の単独来日公演を神奈川県横浜市の「横浜アリーナ」で行う（1991年3月）、なお1994年にはナタリー・コールとのジョイント公演を福岡だけで行った。これが生涯で最後の来日となった。1993年には、ロックンロール界の大御所であるU2のボノや、スペイン人スター歌手のフリオ・イグレシアス、またR&B界の大御所であるスティーヴィー・ワンダーやルーサー・ヴァンドロスといった各国のスーパースターとの競演アルバム『Duets』2連作をリリースし、ビルボードで1位を獲得するなど高い売り上げと評価を受けると共に、1930年代から1990年代に渡る最後の新作かつ世界的ヒットとなった。しかしこの年に心臓発作で入院し、その後回復に万全を期すために活動を縮小していった。しかし、上記のように翌年に来日公演を行うなど、度々ファンやマスコミの前に姿を見せ人気を博した。
しかしその2年後の1973年にはアルバム「Ol' Blue Eyes Is Back」と共に再び歌手業に復帰し、1974年には娘のナンシーとともに復帰ツアーをアメリカ国内や世界各国で行い、またこれ以降も、ニューヨークの「マディソン・スクエア・ガーデン」やラスベガスの大型高級ホテル「シーザース・パレス」などでの大規模なショーの定期公演を行う。さらに、ロンドンやテヘラン、シドニー、さらに1979年にはエジプトのアンワル・アッ＝サーダートの妻が行うチャリティープログラムのためにピラミッド前でコンサートを行うなど、海外公演も再び精力的にこなすようになる。またアルバムのリリースやテレビ出演も以前同様に積極的にこなした。この様に活発に活動をこなす中、1976年に「マルクス兄弟」のゼッポ・マルクスの前妻のバーバラ・マルクスと結婚し、その後一生添い遂げることになるが、1977年には母親が飛行機事故で亡くなるという不幸に襲われた。
華々しい活躍を見せていたものの、若いミア・ファローと2年も持たなかった末の離婚と、1969年の父親アンソニーの死、新アルバム「ウオータータウン」の散々だった売れ行き、そして1960年代後から1970年代のアメリカを占めていた「ベトナム反戦」や「マリファナ」、「ヒッピー」が代表するような安っぽい「若者文化」に馴染めず（これらはミア・ファローが好きなものであった）、1971年3月には一時引退を表明した。6月にロサンゼルスのミュージック・センターで行われた引退公演には、シナトラが支援したスピロ・アグニュー副大統領やカリフォルニア州知事のロナルド・レーガン、ヘンリー・キッシンジャー大統領補佐官やモナコ王妃のグレース・ケリーまで駆け付ける、シナトラに相応しい壮大なものであった。「引退」後は政治活動に熱心になり、リチャード・ニクソン大統領をはじめとする共和党を熱烈に支援した。しかし同時にギャンブルにマフィアが及ぼす影響について調べていた下院犯罪調査特別委員会から召喚状を受けたが、シナトラは公聴会の結果この容疑を跳ね付けた。
1965年から、シナトラと19歳の新人女優、かつ映画監督のジョン・ファローと女優のモーリン・オサリヴァンの子として生まれたミア・ファローとの恋愛が話題を呼び、1966年にファローとの結婚を表明した。エヴァ・ガードナーと離婚して以来、独身生活を謳歌していたシナトラに、30歳近く年下の女優との結婚は話題を呼んだ。結婚当初は、パーム・スプリングスやロンドンへ自家用ジェット機で一緒に行くような中であるなど上手くいっているように見えたが、ダイヤモンドのネックレスにジャック・ダニエルが好みのシナトラに対し、木彫りの首飾りにマリファナと言った流行りのヒッピー風が好み、さらにインドのマハリシ・マヘーシュ・ヨーギーを「尊師」とあがめるファローが長く持つはずがなかった。さらにファローがロマン・ポランスキー監督の「ローズマリーの赤ちゃん」の撮影中に、シナトラとファローと夫婦で出演予定の「刑事」の撮影が迫っているとシナトラが電話したところ、ポランスキーが拒否したことでシナトラは激怒した。さらにファローが、シナトラと今や宿敵となったロバート・ケネディ上院議員たちとディスコで遊んでいたことが暴露されると、シナトラの怒りは頂点に達した。怒ったシナトラは弁護士をメキシコにいたファローの元に送り、何もわからず唖然とするファローに無理やり離婚届にサインをさせ、この短い結婚はわずか2年弱で幕を閉じることになった。
真葛焼の作品は東京国立博物館・東京国立近代美術館工芸館・三の丸尚蔵館・泉屋博古館などにそれぞれ数点所蔵されているが、殖産興業の一環として輸出用に作られた作品が多いため日本国内に残っていた作品の数は限られていた。しかし1960年代後半から田邊哲人が真葛焼の研究を始めて海外から作品を精力的に買い戻しており、多くの作品が日本に里帰りしたことで明治期の陶芸の研究が急速に進み、たびたび美術系のテレビ番組や美術誌に取り上げられるまでになった。現在では真葛焼の研究と収集の第一人者と呼ばれるまでになった田邊が収集した近代輸出陶磁器のコレクションは約3000点に及び、神奈川県立歴史博物館に寄託されたコレクションのうち真葛焼は10点ほどが常設展示されている。2016年2月には宮川香山の没後100年を記念して、約150点のほぼ全ての出展作品が田邊コレクションからなる「没後100年 宮川香山展」がサントリー美術館で開催された。田邊に次ぐ収集家としては山本博士がおり、史料性と質の高いコレクションを形成しており、山本コレクションは宮川香山眞葛ミュージアムで常設展示されている。2016年3月には山本コレクションを中心に構成された「世界を魅了した陶芸家 宮川香山」が岡山県立美術館で開催された。また吉兆庵美術館にも多くの香山作品が収蔵されており、2016年2月には日本橋三越本店にて同館所蔵品が展観された。このほか台湾における大規模な日本工芸コレクション「宋培安コレクション」にも香山の作品が含まれており、2016年9月から2017年6月にかけて開催された同コレクションの展示「驚きの明治工藝」展（東京藝術大学大学美術館・細見美術館・川越市立美術館を巡回）にて香山の磁器作品が公開されている。