2003年公開の『ロスト・イン・トランスレーション』、『真珠の耳飾りの少女』での演技が高く評価され、この年のヴェネツィア国際映画祭ブレイク女優賞やロサンゼルス映画批評家協会賞ニュー・ジェネレーション賞を受賞、英国アカデミー賞では両作品で主演女優賞のダブル候補となり、前者の作品で共演のビル・マーレイとともに受賞。ゴールデングローブ賞においても前者の作品でミュージカル・コメディ部門に、後者の作品でドラマ部門にノミネート。

2004年公開の『ママの遺したラヴソング』で再びゴールデングローブ賞 主演女優賞（ドラマ部門）にノミネート。

2005年には『アイランド』で初のサマーシーズンの大作映画でユアン・マクレガーと共に主演を務めるが、作品は興行的に奮わず失敗作となり、フィルムメーカーから失敗の責任を押し付けられてしまった[8]。一方、同年公開のウディ・アレン監督作『マッチポイント』がスマッシュヒットし、ゴールデングローブ賞 助演女優賞にノミネート。以後、アレンの監督作の常連となる。

2006年にはトム・クルーズ主演の『M:i:III』にも出演する予定であったが、製作の遅れに伴い降板。一説ではクルーズにサイエントロジー入信を迫られたためとも報道された[9]（ちなみに演じる予定だった役にはケリー・ラッセルが起用された）。また、同年公開された『ブラック・ダリア』では批評家からミスキャストと評された[10]。

2010年1月にアーサー・ミラーの戯曲『橋からの眺め』でブロードウェイデビューを果たし、トニー賞演劇助演女優賞を受賞[11]。

2010年、スケジュールの都合で降板したエミリー・ブラントの代役として『アイアンマン2』にナターシャ・ロマノフ / ブラック・ウィドウ役で出演した[12]。メインキャストとして出演した2012年の『アベンジャーズ』が世界興行収入歴代3位（当時）の15億ドルを超える特大ヒットとなり、2015年の『アベンジャーズ/エイジ・オブ・ウルトロン』も14億ドルを突破する。