Goldwyn sí creyó en ella, sobre todo en sus dotes de interpretación, y le dio un pequeño papel en Jack London (1943, Alfred Santell).
[1] El mismo año participó en otra película, y los productores se dieron cuenta de su atractivo físico, que justificaba papeles más importantes.
Así, en 1944 ya tuvo un papel protagonista, en The Princess and the Pirate (La princesa y el pirata, David Butler), comedia musical en la que compartía cartel con Bob Hope.
En los años siguientes Mayo intervino en películas con compañeros de reparto famosos, como Danny Kaye, Dana Andrews, James Cagney, Burt Lancaster y Gregory Peck, y su popularidad fue creciendo con cada film en el que intervino (Los mejores años de nuestra vida, La vida secreta de Walter Mitty, White Heat, El halcón y la flecha).
Acostumbrada a aparecer atractiva en la pantalla, Mayo quiso seleccionar bien los papeles en los que intervenía cuando había alcanzado una determinada edad.