Hans sangtalent scoret han et vellykket chart topper med "Det er slike ting," opptar nummer én posisjon i januar 1943. Så i august samme år, gjorde den syngende super annen diagram buster med "In the Blue av kvelden". Fra da av Sinatra hell scoret treff etter treff med sanger som "Det er alltid deg,", "jeg ser deg" og "All or Nothing At All". Frank Sinatra gjorde mange radioprogrammer rundt den tiden, og i april 1943 gjorde han sin første kreditert opptreden i en film, sang "Night and Day" i Reveille Med Beverly som lansere sin skuespillerkarriere.
Dette ble etterfulgt av høyere og høyere der han spilte en mindre rolle opptrer som seg selv, og fulgte opp med en annen film, Step Lively som ble lansert i midten av 1944 der han spilte en større rolle. I november 1944 kom han tilbake til skjære poster, begynner med en coverversjon av Irving Berlins "White Christmas" som var igjen en annen diagrammet topper. Sinatra deretter ansatt Styne og Cahn å skrive sangene til sin første MGM musikalske, Anchors Aweigh, og i løpet av sin vellykkede sangkarriere, spilte han flere sanger av Cahn enn av noen annen låtskriver.
Anchors Aweigh, der Sinatra var forbundet med Gene Kelly, ble utgitt i juli 1945 og gikk videre til å bli den mest vellykkede film i 1945. Han fortsatte med å dukke opp i mange flere filmer som MGM musikaler på byen og lavere budsjett seg som The Kissing Bandit. Samtidig fortsatte han å treffe åtte Top Ten hits i 1947-1949 som inkluderte "Mam'selle", som rammet nummer en i mai 1947, og "Some Enchanted Evening", fra Rodgers & Hammerstein musikalen South Pacific. Ved 1950-tallet, sin sangkarriere var på tilbakegang, men han var fortsatt veldig aktiv.
På høsten 1950 markerer hans første venture i fjernsyn. Hans film arbeid hadde nesten sunket athough mars 1952 ble han omtalt i dramaet Meet Danny Wilson som testet sine skuespillerevner på scenen som ga ham muligheten til å synge noen av hans største sanger som Harold Arlen o