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デイさんが出演した映画『カラミティ・ジェーン』（１９５３年）は成功を収め、劇中でデイさんが歌った曲「シークレット・ラブ」は米アカデミー賞を受賞した。
１９５６年には、アルフレッド・ヒッチコック監督による映画『知りすぎていた男』に出演。同作品で楽曲「ケ・セラ・セラ」を歌い、同楽曲はデイさんに２度目のアカデミー賞をもたらした。
ほかにも数々の映画に出演し、クラーク・ゲーブルやケーリー・グラント、フランク・シナトラと共演した。
米ロサンゼルス・ハリウッドにある「ウォーク・オブ・フェーム（名声の歩道）」には、デイさんの名前が刻まれた星形プレートが２枚埋め込まれている。一枚は映画の発展への寄与を、もう一枚は米音楽業界の発展への寄与を称えるものだ。