1934年（昭和9年）、兄の沢村國太郎のすすめで映画女優になる決心をし、永田雅一の肝いりで日活太秦撮影所現代劇部へ月給60円で入社する。『野の光』の酌婦役でデビューし、続く『嫁ぐ日』では女学生を演じ、『潮』は初のトーキー出演作となった。『潮』出演後、多摩川撮影所に移籍し、添え物映画に出演。やがて『うら街の交響楽』、『情熱の詩人啄木 ふるさと篇』などの話題作にも重要な役どころで助演する。『路傍の石』では性格俳優として注目され、『嫁入り前の娘達』では滝花久子、花柳小菊、原節子らの主演級スターと競演する。『股旅千一夜』では中村翫右衛門の相手役を演じ、弟の加東大介とも初めて共演する。
1929年（昭和4年）3月、築地小劇場の女優・山本安英に新劇志望の手紙を出す。当時、築地小劇場は分裂し、中心メンバーの土方与志、丸山定夫らによって新築地劇団が創立。研究生を応募するにおよび、山本の指示でこれに応募し、大学在学のまま研究生となる。沢村貞子の芸名で同年5月、旗揚げ公演『飛ぶ唄』のラシャメンと芸者役、『生ける人形』の電話交換手役で初舞台を踏む。5月末の帝劇公演『何が彼女をさうさせたか』では初めて台詞のある女中役を務める。劇団がプロレタリア演劇運動へ傾斜するようになると、彼女は大学から退学を迫られるが、同年11月に『大臣候補』で丸山の娘役という大役をもらい、丸山の役者根性に触れる。翌1930年（昭和5年）3月の大学卒業直前に先に出していた退学届が受理されるが、4月には新築地の劇団員に昇格する。1931年（昭和6年）、新築地を退団して左翼劇場移動劇場部を独立させたプロレタリア演芸団に土方の指名で入団、日本プロレタリア演劇同盟（プロット）の指令でストライキ中の工場や農村を回ってアジプロ劇に専念する。同年秋、左翼劇場書記長をしていた俳優の今村重雄と結婚する。1932年（昭和7年）2月、移動演芸団・メザマシ隊に夫の今村や三島雅夫らと参加するが、同年3月末に治安維持法違反容疑で逮捕され、築地警察署に留置される。転向を迫られるが拒否し、2ヶ月の拘留ののち起訴され、市ヶ谷刑務所へ未決のまま収監されて10ヶ月半の独房生活を送る。10ヶ月半後の1933年（昭和8年）4月、転向を声明し、今村との離婚も約束して保釈される。同年5月、左翼劇場創立5周年記念公演『恐怖』の主役に起用されるが、保釈中の身であったため当局から沢村を起用すれば上演禁止との通達を受け、山本が代役に立ち上演される。6月に公判が開かれるが、プロットの指導で転向を取り消して公判は中止され、保釈取り消しの手続きの隙に地下活動にもぐり、1週間後に再逮捕される。築地署に留置されたのち市ヶ谷刑務所へ戻され、12月の公判で転向を声明して、懲役3年、執行猶予5年の判決を受けて釈放される。
1989年1月27日午後5時頃、佐賀県杵島郡北方町大峠の山林近くでドライブ中の夫婦が崖下に落とされている女性の遺体計3体を発見し警察に通報。被害者は飲食店従業員 H（当時48歳）、主婦 N（当時50歳）、会社員 Y（当時37歳）と判明。殺害された日は、H が1987年7月8日、N が1988年12月7日で、Y は遺体発見の2日前の1月25日とみられている。被害者の物と思われる遺留品が遺体発見現場の周囲2キロ圏内に点々と捨てられていた。同年11月、別件で拘置されていた男性（当時26歳）が任意の取り調べに対し犯行を認める上申書を書いたが、すぐに否認に転じた。2002年6月11日になって佐賀県警は鹿児島刑務所に服役中の男性を、Y の殺害容疑で逮捕した（H 殺害容疑の逮捕は7月2日、N 殺害容疑の逮捕は7月9日）。H 殺人事件の公訴時効成立約6時間前となる7月7日に起訴。10月22日より公判が開始され、検察側は死刑を求刑したが、2005年4月10日、佐賀地方裁判所で行なわれた公判で、物証の乏しさや上申書の証拠価値の無さ（限度を越えた取り調べの上で担当者の誘導により作成されたと認定）などにより、男性に無罪が言い渡された。その後検察側が控訴していたが、2007年3月19日の福岡高等裁判所でも一審の佐賀地裁と同様に無罪の判決が言い渡されている。二審では検察側が新たにミトコンドリアDNAの鑑定結果を提出するも、被告を有罪とする根拠とは認められなかった。なお、判決では長期間に渡って被疑者を拘束した上での取り調べなど佐賀県警察の杜撰な捜査が指弾された。3月29日に福岡高検が最高検察庁と協議した結果、二審の判決には上告に必要とされるであろう重大な事実誤認ないしは判例違反が見あたらない上に、原判決を覆すのに必要とされる物証も乏しいことから上告を断念。4月2日の上告期限を過ぎても上告せず、被告の無罪が確定した。これによって、北方事件との関連が疑われている4つの事件も含めて公訴時効が成立し、実質的には未解決事件となった。また、二審の判決でも指摘されたような佐賀県警や検察の杜撰な捜査、起訴の有り様も批判された。