El mismo año en que se divorció de Coogan, Grable obtuvo un contrato con 20th Century Fox, convirtiéndose en su mayor estrella, protagonizando películas en Technicolor tales como "Down Argentine Way (Serenata argentina)" (1940), "Moon Over Miami (Se necesitan maridos)" (1941) (ambas junto a Don Ameche), "Springtime in The Rockies" (1942), "Coney Island" (1943) con George Montgomery, "Sweet Rosie O'Grady" (1943) con Robert Young, "Pin Up Girl" (1944), "Diamond Horseshoe" (1945) con Dick Haymes, "The Dolly Sisters" (1945) con John Payne y June Haver, y su film más popular, "Mother Wore Tights (Siempre en tus brazos)" (1947), con Dan Dailey.