Pod vedením Felliniho pak vytvořil další nezapomenutelné role, například režiséra, který prožívá tvůrčí krizi (8 1/2), profesorského snílka (Město žen) či stárnoucího a dojemně ješitného kabaretiéra (Ginger a Fred).

Hrál ale i ve snímcích mnoha dalších režisérských velikánů, mimo jiné Luchina Viscontiho, Vittoria De Siky, Maria Monicelliho, Ettore Scoly, Marka Ferreriho, Romana Polanského nebo Nikity Michalkova.

Jeho častou partnerkou na plátně byla Sophia Loren, která o jejich spolupráci kdysi prohlásila, že „jejich partnerství bylo tak dokonalé, že své výstupy už nemuseli zkoušet“. Typický italský pár vytvořili například ve snímcích Včera, dnes a zítra nebo Manželství po italsku.

Marcello Mastroianni ve filmu ztvárnil přes 160 rolí a ani s přibývajícím věkem neztratil nic ze své noblesy a pověstných hereckých kvalit. Pracoval až do konce svých dní – smrt ho zastihla v jeho pařížském bytě 19. prosince 1996.