[1]​ Poco después, desarrolló una larga carrera cinematográfica con los estudios Lumiton, donde realizó una serie de películas dirigidas por Manuel Romero y Francisco Mugica como La rubia del camino, Mujeres que trabajan y La vida es un tango.

Se le atribuyó el apelativo de «la sufrida del cine argentino» ya que todos sus personajes tenían en común el hecho de que sufrían en forma superlativa y lloraban en igual proporción.

[5]​ Posteriormente, su amiga, la actriz Amanda Ledesma, le consiguió una oportunidad para trabajar en Radio Buenos Aires,[8]​ donde debió interpretar un tema folclórico acompañada por el dúo calchaquí Acosta Villafañe debido a que había una gran cantidad de cantantes de tango.

[2]​ En una entrevista brindada en su vejez, Olmos dijo que su «única escuela» fue «la vida» en alusión a sus orígenes pobres.

[2]​ Su consagración se produjo en 1939 cuando fue incluida en el nuevo proyecto de Romero para los estudios Lumiton, La vida es un tango, donde protagonizó junto a Hugo del Carril y Florencio Parravicini.

Durante la película, interpretó «Mi noche triste», «Milonguita», «La morocha», «Pero hay una melena», y a dúo, «La payanca», «No me vengas con paradas», «Aquel tapado de armiño» y el sainete «Gabino, el mayoral».

[13]​ Su rol de Felicia Salazar en Así es la vida (1939), dirigida por Francisco Mugica, le otorgó popularidad en toda América Latina.

[1]​ En Argentina, grabó doce títulos acompañada por una orquesta dirigida por Charlo, que también ejecutaba el acordeón.

[17]​ Divorcio en Montevideo fue la segunda de las cuatro películas que Olmos realizó junto a Niní Marshall.

Olmos cantó ahí a dúo con Juan Carlos Thorry los tangos «Dime mi amor» y el vals «Tres recuerdos», los cuales grabó luego en formato de long-play —sus primeras grabaciones—.

[22]​ El elenco fue completado por Pedro López Lagar, María Esther Buschiazzo, Sebastián Chiola, Santiago Arrieta y Felisa Mary.

[25]​ A su estreno, asistieron personalidades políticas como el presidente Marcelo T. de Alvear y Honorio Pueyrredón.

Albéniz (1947) recreó la vida del célebre compositor Isaac Albéniz y su labor ahí fue galardonada con una mención especial de la Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas por haber intervenido en la mejor película del año.

[26]​ Olmos fue paralelamente galardonada por la AACCA como mejor actriz de reparto por su participación en La gata,[3]​[26]​ donde actuó con Zully Moreno y Alberto Closas.

[24]​ Olmos encaró luego el papel protagónico femenino de Tierra del Fuego en 1948, donde nuevamente volvió a actuar con Pedro López Lagar.

[5]​ La actriz perdió toda su fortuna y desde ese entonces, debió secundar a figuras del espectáculo de menor trayectoria en los siguientes proyectos en los que intervino.

[3]​ La relación con Charlo comenzó a declinar al igual que su estado anímico y en 1969, la abandonó,[15]​ llevándose consigo los ahorros de la artista.

Incluso, intervino en una película filmada en Brasil, Un sueño y nada más, que nunca llegó a estrenarse comercialmente.

[33]​ Sus últimos trabajos para televisión los cumplió en 1978 cuando compuso a Rossina en la serie televisiva Renato con Antonio Grimau y, tras un largo período de inactividad, en 1985, cuando fue convocada para interpretar a Rita en Rossé, un drama dirigido por Mario Bellocchio.

Obtuvo el reconocimiento que se le había negado durante años[3]​ y la obra alcanzó más de 100 representaciones.

El elenco se completó con otras figuras de antaño como Irma Córdoba, Margarita Padín, Tania, Lydia Lamaison, Iris Marga, Elena Lucena, Osvaldo Miranda y Juan Carlos Thorry.

[33]​ A pesar del entusiasmo que la envolvió ser convocada de nuevo en cine, la película fue un rotundo fracaso.

[15]​ Los oficiales de policía hallaron una carta en la que pedía «disculpas por mi decisión y por las molestias ocasionadas».

Anteriormente, había mantenido un noviazgo con un compañero de elenco, el actor uruguayo Fernando Borel.

[15]​[4]​ Olmos, desesperada por la situación, intentó en esa ocasión quitarse la vida arrojándose por el balcón, pero fue detenida por su sobrina.

[4]​ No tuvo hijos y jamás volvió a casarse, pero la actriz señaló en una oportunidad: «Fue el único amor de mi vida.

Siempre digo que he sido feliz y desdichada con el mismo hombre».

[4]​ En lo que respecta a su ideología política, Olmos formó parte del Ateneo Cultural Eva Perón y estuvo afiliada al Partido Justicialista, pero jamás intervino en política,[4]​[7]​ aunque, según la autora Elena Valero Narváez, confesó haber recibido ayuda del gobierno peronista en algunas ocasiones, como cuando compró un Mercury a precio de costo.

[34]​ Un centro de personas retiradas y un espacio cultural en Villa Lugano, el último barrio donde residió, llevan su nombre.

La obra fue presentada en el teatro emergente Área 623 y la crítica Mariné Amestoy, en una reseña para la revista Mariné, señaló que «a través de su trágica historia de amor, la obra explora temas universales como la fragilidad del éxito, la inevitabilidad del declive, y la manera en que las experiencias personales moldean y son moldeadas por el arte».