Hans sang talent scoret ham endnu et vellykket diagram Topper med "Der er sådanne ting," besætter nummer et position i januar 1943. Så i august samme år, den syngende superstjerne gjorde en anden diagram buster med "I det blå aften". Fra da af Sinatra held scoret hits efter hits med sange som "Det er altid dig,", "Jeg vil se dig," og "alt eller intet overhovedet". Frank Sinatra gjorde mange radio shows omkring dette tidspunkt, og i april 1943 gjorde han sin første krediteret optræden i en film, sang "Night and Day" i Reveille Med Beverly der lancere sin skuespillerkarriere.
Dette blev efterfulgt af højere og højere, hvor han spillede en mindre rolle optræder som sig selv og fulgte op med en anden film, Step Lively som blev udgivet i midten af 1944, hvor han spillede en større rolle. I november 1944 vendte han tilbage til opskæring optegnelser, der begynder med en coverversion af Irving Berlins "White Christmas", som igen var en anden diagram Topper. Sinatra derefter lejet Styne og Cahn at skrive sangene til sit første MGM musical, Anchors Aweigh, og i løbet af sin succesrige sangkarriere, indspillede han flere sange af Cahn end af nogen anden sangskriver.
Anchors Aweigh, hvor Sinatra blev parret med Gene Kelly, blev udgivet i juli 1945 og gik på at blive den mest succesfulde film i 1945. Han fortsatte med at dukke op i mange flere film som MGM musicals I byen og lavere budgettet dem såsom The Kissing Bandit. Samtidig, fortsatte han med at slå otte Top Ti hits i 1947-1949, der omfattede "Mam'selle", som ramte nummer et maj 1947, og "Some Enchanted Evening," fra Rodgers & Hammerstein musical sydlige Stillehav. Ved 1950'erne, hans sangkarriere var på retur, men han var stadig meget aktiv.
Ved efteråret 1950 markerer sit første venture i fjernsynet. Hans film arbejde havde næsten lagt sig athough marts 1952, han blev præsenteret i dramaet Mød Danny Wilson, som testede sine handler færdigheder p