映画監督として多作ではあるものの、1950年代の名作の数々以降は成功した作品は少なく、検閲が撤廃された民主化後の作品も凡庸な出来だったとされている。1981年には第12回モスクワ国際映画祭の審査員を務めている。日本で初めて体系的にスペイン映画が紹介された第1回スペイン映画祭（1984年、渋谷東急名画座）では、ベルランガ、サウラ、アラゴン、イマノル・ウリベらとともに日本を訪れている。1993年には第43回ベルリン国際映画祭の審査員を務めた。1990年代中頃からはスペイン映画監督組合の会長を務めた。2002年10月30日、肝臓疾患のために死去した。80歳だった。同年度には生前の功績に対して名誉ゴヤ賞が贈られた。2011年にはマドリード・ウォーク・オブ・フェーム（25+1人）のひとりに選ばれた。
1958年には制作会社のウニチを共同設立して社長となり、この会社は亡命していたルイス・ブニュエル監督が久々にスペインで撮った『ビリディアナ』（1961年）を制作した。コメディ映画を得意としたベルランガとは対照的に、バルデムはシリアスなドラマ映画を得意としたが、フランコ独裁政権下では検閲の影響で思うような映画が取れなかった。バルデム自身はフランコ体制下で公には存在が認められていないスペイン共産党(PCE)員だった。1962年の『無実の人』はどうしても検閲に通らなかったため、アルゼンチンに赴いて撮影した。1963年には第13回ベルリン国際映画祭にこの作品が出品されている。スペイン帰国後にはかつての『大通り』に近い『何も起こりはしない』を撮影したが、1960年代前半の作品はいずれも興行的には成功しなかった。1965年の『太陽が目にしみる』はA・F・レイの小説『自動ピアノ』を原作とするドラマ映画であり、日本人女優の岸恵子が出演、第18回カンヌ国際映画祭に出品された。1977年の『橋』にはピンク・コメディ女優のアルフレド・ランダを主演に抜擢し、ランダがシリアスな役でも活躍できることを示した。この映画では第10回モスクワ国際映画祭で金賞を受賞し、1979年の『1月の7日間』は第11回モスクワ国際映画祭で再び金賞を受賞した。この作品は4人の労働法専門家が極右活動家に殺害されたアトーチャの殺人に関するドラマ映画である。
1954年の『役者』はかつて書いた脚本を基に撮影した作品であり、第7回カンヌ国際映画祭のコンペティション部門に出品されている。当時のスペインはフランコ独裁時代であり、スペイン映画が国外で上映されるのは稀なことだった。1953年には映画雑誌「レンズ」を創刊しており、同誌とサラマンカ大学生協映画クラブは1955年5月にサラマンカで国民映画会議を主催。この会議にはバルデムやベルランガの他に、俳優・監督のフェルナン・ゴメス、小説家のビスカイーノ・カサス、言語学者のフェルナンド・ラサロ・カレテールなどが参加し、検閲や映画批評のあり方、法制度や労働契約などが話し合われている。バルデムがスペイン映画に対して「政治的には無効、社会的には偽り、知的には最低、美的には無価値、そして、産業的には脆弱」と分析したことは後々まで語り草となっている。これを機にスペイン各地に映画クラブが誕生し、サラマンカ国民映画会議はスペイン映画史における歴史的事件のひとつとなった。1955年の第8回カンヌ国際映画祭では審査員を務めた。1955年の『恐怖の逢びき』と1956年の『大通り』は1950年代のスペイン映画を代表する作品であり、スペイン映画史に残る不朽の名作とされている。『恐怖の逢びき』は人妻とその浮気相手が起こしたひき逃げ事件を描いたサスペンス映画であり、同年のカンヌ国際映画祭で国際映画批評家連盟(FIPRESCI)賞を受賞した。カルロス・アルニーチェスの戯曲を原作とする『大通り』では撮影中に逮捕された事件もあったが、ヴェネツィア国際映画祭の国際映画批評家連盟賞を受賞した。1958年には『La vengeanza』でアカデミー外国語映画賞にノミネートされ、この作品は第11回カンヌ国際映画祭にも出品された。
天保7年（1836年）8月16日、第11代藩主・堀直格の五男として江戸で生まれる。亀田鵬斎一門の折衷派儒学を学び、蘭学を杉田玄端、兵学を上田藩士・赤松小三郎らに学ぶ。文久元年（1861年）11月6日、同母兄で第12代藩主・直武が隠居したため、その養子として跡を継いだ。同年11月16日、従五位下・長門守に叙任され、後に内蔵頭に改める。藩政においては家老の野口源兵衛ら41人を粛清して改革を断行し、英国式軍制を導入した。また、江戸幕府の幕政にも加わった。文久3年（1863年）9月15日、大番頭に就任する。元治元年（1864年）7月8日、天狗党の乱が起きるとその討伐を命じられるが、同年7月13日、幕府に意見し、差控を命じられる。同年9月、江戸市中見廻役を命じられる。慶応元年（1865年）12月、呉服橋門番を命じられた。慶応3年（1867年）12月5日、若年寄兼外国総奉行に就任した。しかし、慶応4年（1868年）1月17日、突如として江戸城中で自害した。享年33。自害の理由は、鳥羽・伏見の戦いに敗れて江戸に逃げ帰った将軍徳川慶喜に対して、大政奉還を進言た経緯から慶喜や幕府保守派に疎まれていたためとも、幕府を守るために慶喜に徹底抗戦を進言したが容れられず、そのために諫死したともいわれている。ただし勝海舟の手記においては、堀直虎は乱心して自害したと記されている。なお、国元では3月10日に、直虎の死は大坂から戻った慶喜に恭順を勧めて受け入れられず自害したと東山道府に届け出がなされ、最終的に5月14日、新政府は直虎の若年寄としての責任は重大で処分の必要があるとしながら本人の死亡とその経緯によってこれを免じるとともに、弟の直明が養子として家督を継ぐことを認めた。