Al poco tiempo obtiene su primer papel en el cine, en la película Bandidos en Milán (Banditi a Milano, 1968), thriller de Carlo Lizzani protagonizado por Gian Maria Volonté y Tomás Milián; seguirían una serie de comedias, musicales, thrillers y películas de terror, como Giornata nera per l'ariete con Franco Nero o Barbazul (Barbablù, 1972) con Richard Burton.
Una secuela ideada para Belli no llega a realizarse, años después se produjo una versión americana con Al Pacino en el papel de ciego que hiciera Gassman.
El director Dino Risi vuelve a contar con ella para una película que rememoraba las comedias de teléfonos blancos de los 50: Telefoni bianchi, que le vale un premio especial David di Donatello.
En este periodo Belli posa desnuda para la versión italiana de Playboy.
Con películas como Conviene far bene l'amore o Cara sposa, Agostina Belli mostró en su momento álgido, además de belleza, una vis cómica notable.