En esos años, hizo breves apariciones en series de televisión como La Hechizada y El virginiano.
Al año siguiente se transformó instantáneamente en un símbolo sexual por otras dos películas: Fantastic Voyage y One Million Years B.C.
Además, en 1967, encarnó a uno de los pecados capitales, la lujuria, en la comedia Bedazzled protagonizada por Dudley Moore.
En 1969 apareció como la sacerdotisa del látigo en el filme comedia satírica The Magic Christian junto con Peter Sellers y el Beatle Ringo Starr, y en 1971 protagonizó junto con Robert Culp y Ernest Borgnine el wéstern Hannie Caulder, donde encarnó a una viuda que venga la muerte de su marido.
Welch tuvo mejor suerte con su papel en las superproducciones Los tres mosqueteros y Los cuatro mosqueteros, adaptaciones del clásico de aventuras de Alejandro Dumas dirigidas por Richard Lester y rodadas parcialmente en España.
El reparto incluyó a numerosas estrellas como Michael York, Oliver Reed, Richard Chamberlain, Charlton Heston, Faye Dunaway, Christopher Lee, Geraldine Chaplin...
Otras figuras que se barajaron para este rol fueron Elizabeth Taylor y Sofía Loren.
Protagonizó un recital en Las Vegas, y en 1987 coqueteó con la música de baile al grabar la canción This Girl's In Town.
Sus últimos trabajos en el cine incluyen Tortilla Soup (2001) con Hector Elizondo y Elizabeth Peña (adaptación en clave hispana del Comer, beber, amar de Ang Lee) y la comedia taquillera Legally Blonde (Una rubia muy legal) con Reese Witherspoon.
Su última aparición en la gran pantalla fue en How to Be a Latin Lover (2017), comedia con Salma Hayek y Rob Lowe que consiguió un relevante éxito de taquilla (habiendo costado 10 millones de dólares, recaudó 54).
Su cuarto matrimonio fue con Richard Palmer en 1990 a la edad de cincuenta años y se separó en 2011.
[5][6][7] Welch también tuvo un affair con otro actor español, Aldo Sambrell, durante el rodaje de la misma película.