Fue ayudante de dirección en Blanche Fury (1948), un melodrama sin éxito comercial que Allegret rodó en inglés para una compañía británica.

Blackmailed (1951) fue otra película que Allegret dirigió en Inglaterra, protagonizada por Mai Zetterling y Dirk Bogarde; Vadim fue acreditado como uno de los guionistas.

Otro de sus filmes más reseñables es Les liaisons dangereuses (1959), adaptación del libro Las amistades peligrosas.

[6]​ En 1968 dirigió a Jane Fonda, en ese entonces su esposa, en el clásico de ciencia ficción Barbarella, basado en cómic francés del mismo nombre, que fue un éxito.

[11]​Más tarde, cohabitó con la guionista Ann Biderman durante varios años, anunciando su compromiso en 1984,[12]​ pero la pareja nunca se casó.

Las películas no hacían más que reflejar su felicidad"[8]​ Nathalie, su hija mayor, dijo a la biógrafa de Fonda Patricia Bosworth: «Jane fue el amor de la vida de mi padre"[13]​ Además de sus obras teatrales y cinematográficas, Vadim escribió varios libros, entre ellos las memorias «Memoires du Diable», «Le Gout du Bonheur: Souvenirs 1940-1958» y una autobiografía, “”D'une étoile à l'autre“” (“”De una estrella a otra“”), así como un relato sobre sus ex más famosas, Bardot, Deneuve & Fonda: My Life with the Three Most Beautiful Women in the World (Bardot, Deneuve y Fonda: mi vida con las tres mujeres más bellas del mundo), publicado en 1986.