En 1987, Le Solitaire, film policier réalisé par Jacques Deray, est un échec commercial selon les critères habituels de Belmondo. C'est en effet la première fois, depuis 1963, qu'un film dont il tient la vedette attire moins d'un million de spectateurs dans les salles. L'acteur déclarera plus tard « Le Solitaire a été le polar de trop. J'en avais marre et le public aussi ».

La même année, Robert Hossein lui propose de remonter sur scène. Belmondo saisit l'occasion et, près de trente ans après avoir quitté les planches, interprète Kean de Jean-Paul Sartre d'après Alexandre Dumas, au Théâtre Marigny, de février à juin 1987, reprenant ensuite la pièce en septembre pour une prolongation de deux mois et demi. Enthousiasmé par ce succès, Jean-Paul Belmondo se dit ravi d'avoir retrouvé sa vocation d'origine.

Il crée le prix Paul-Belmondo qui prime un sculpteur contemporain pour la qualité de son œuvre. En 1989, le lauréat est Cyril de La Patellière.

En 1988, Claude Lelouch lui offre le rôle principal d'Itinéraire d'un enfant gâté. Belmondo, ravi d'interpréter un rôle de composition qui lui permet de s'écarter de son image cinématographique habituelle, retrouve avec ce film le succès commercial. Sa prestation lui vaut également d'obtenir le César du meilleur acteur, lors de la 14^e cérémonie des César en 1989. Il avait pourtant précisé, dès l'annonce de sa nomination, ne pas être intéressé par le prix, mais l'Académie passe outre en le lui attribuant. Belmondo n'est pas présent à la cérémonie et ne va pas chercher sa récompense, une manière de rappeler que, comme au début de sa carrère lors du concours d'entrée à la Comédie française, le public est le seul jury qui puisse lui accorder des distinctions. De plus Belmondo n'a jamais pardonné au sculpteur-compresseur César, qui a donné son nom à cette récompense du cinéma, d'avoir vivement critiqué le travail de son père Paul Belmondo. Il trouvait de plus les statuettes de César sans intérêt.

Jean-Paul Belmondo entame la décennie 1970 avec Borsalino, film policier réalisé par Jacques Deray, dans lequel il partage la vedette avec son rival au box-office, Alain Delon. Le film remporte un triomphe commercial, approchant les cinq millions d'entrées. La collaboration Delon-Belmondo est cependant ternie par un procès opposant les deux acteurs à la sortie du film, Delon, producteur du film, ayant contrevenu aux modalités prévues en faisant figurer son nom deux fois sur l'affiche (comme producteur et comme acteur). Belmondo obtient finalement gain de cause.

En 1971, l'acteur fonde une maison de production, Cerito Films, dans le but de gérer plus efficacement sa carrière et de s'investir dans ses films de manière plus personnelle.

Durant les années 1970, Jean-Paul Belmondo tourne à un rythme soutenu, enchaînant les succès publics sous la direction de metteurs en scène comme Philippe de Broca, Henri Verneuil, Claude Chabrol ou José Giovanni : Les Mariés de l'an II, Le Casse, Docteur Popaul, La Scoumoune, Le Magnifique. En 1972, il commence une histoire d'amour avec l'actrice italienne Laura Antonelli.

En 1974, Belmondo connaît cependant une déception (en tant que producteur et acteur) avec Stavisky d'Alain Resnais : si le film, contrairement à ce qui a pu être dit, n'est pas un four commercial, il remporte un succès bien moindre que celui auquel l'acteur est habitué. Belmondo, qui apprécie Stavisky, vit de surcroît très mal l'accueil médiocre réservé au film et à son réalisateur lors du festival de Cannes 1974. Dans les années suivantes, l'acteur préfèrera s'en remettre à des cinéastes plus « commerciaux », ce qui suscite de nombreuses critiques qui le peinent bien qu'il s'en défende. Stavisky est souvent considéré comme ayant nettement modifié la carrière de Jean-Paul Belmondo, qui s'oriente désormais presque exclusivement vers le cinéma de divertissement.

En 1975, Jean-Paul Belmondo remporte un très gros succès avec Peur sur la ville d'Henri Verneuil, dans lequel il exécute des cascades dangereuses et risquées, dont une scène où il apparaît suspendu à un hélicoptère au-dessus du vide. Belmondo retire du tournage quelques blessures, qui ajoutent à sa réputation. Si le succès public est plus que jamais au rendez-vous, son succès critique commence à décroître : il déclarera plus tard, « Pour l'intelligentsia parisienne, j'étais devenu un cascadeur, je ne savais plus jouer la comédie ». Belmondo enchaîne polars, films d'aventures, comédies : L'Incorrigible de Philippe de Broca, dans lequel il s'amuse à camper un « anti-Superman, l'anti-séducteur traditionnel, plutôt un grand gosse plus ou moins honnête », L'Alpagueur de Philippe Labro, Le Corps de mon ennemi d'Henri Verneuil, L'Animal de Claude Zidi, où il tient un double rôle. À la même époque, un projet de nouvelle collaboration avec Jean-Luc Godard — une adaptation du livre L'Instinct de mort de Jacques Mesrine — tourne court, et une polémique par voie de presse oppose ensuite l'acteur et le cinéaste.

En 1980, il rencontre une exilée brésilienne de vingt ans, Carlos Sotto Mayor, fille d'un banquier. La relation houleuse avec cette comédienne et chanteuse dure six ans.

Entre 1978 et 1983, la carrière de Jean-Paul Belmondo connaît son apogée commercial, chacun des films de l'acteur s'avérant un succès public auquel sa gouaille de titi parisien et ses cascades sans doublure ne sont pas étrangers. Il enchaîne trois films réalisés par Georges Lautner : Flic ou Voyou, qui dépasse, pour la première fois dans la carrière de Belmondo, le million d'entrées sur Paris-périphérie, Le Guignolo, dans lequel il réédite sa cascade en hélicoptère, et Le Professionnel, ce dernier film dépassant les cinq millions d'entrées en France. En 1982, il dépasse encore le score du Professionnel avec L'As des as, réalisé par Gérard Oury, qui triomphe commercialement malgré des rapports de plus en plus tendus avec la critique, à laquelle Belmondo n'a pas souhaité montrer le film.

L'année suivante, Le Marginal, polar réalisé par Jacques Deray, est un nouveau triomphe commercial. Mais en 1984, Les Morfalous d'Henri Verneuil, tout en remportant un score très enviable, perd un million de spectateurs par rapport aux précédents succès de Belmondo. Les films de l'acteur font désormais l'objet de critiques sur leur caractère répétitif. Ce trait se ressent en particulier sur la publicité de ses films policiers, de plus en plus centrée sur un Belmondo qui, unique point de mire, affecte sur de nombreuses affiches une pose de justicier, ou de « superflic », immuable. Belmondo décide alors d'infléchir son image en revenant à la comédie pure, dans Joyeuses Pâques, réalisé par Georges Lautner d'après la pièce de théâtre de Jean Poiret. Tout en souhaitant se renouveler au cinéma, Belmondo manifeste également ainsi son envie de remonter sur les planches.

En 1985, Jean-Paul Belmondo tourne Hold-up, comédie policière d'Alexandre Arcady. Sur le tournage de ce film qui dépassera les deux millions d'entrées, il se blesse sérieusement en exécutant une cascade, n'ayant pas voulu être doublé. À cinquante-deux ans, le temps des films d'action semble révolu pour lui.

1960 est l'année de la révélation pour Jean-Paul Belmondo : À bout de souffle sort en mars et remporte un triomphe public et critique, s'imposant comme l'un des films-phares de la Nouvelle Vague. Quant à Jean-Paul Belmondo, il a enfin surmonté les réticences que les tournages de cinéma lui inspiraient en tant que jeune acteur de théâtre. Le mois suivant sort Classe tous risques : si le film de Sautet, sorti peu après celui de Godard, est éclipsé par ce dernier, il bénéficiera ensuite de multiples rediffusions télévisées. Très actif au cours des années 1960, durant lesquelles il tourne 34 films, Jean-Paul Belmondo devient une figure de premier plan du cinéma français, et s'affirme rapidement comme un interprète aux multiples facettes, capable de tenir des rôles variés sous la direction des plus grands réalisateurs : il se distingue également comme un acteur très physique, appréciant de tourner sans doublure des scènes mouvementées.

Peu avant la sortie des films de Godard et Sautet, il tourne Moderato cantabile, réalisé par Peter Brook d'après Marguerite Duras, film médiocrement accueilli malgré sa sélection au festival de Cannes 1960. Une fois révélé, il tourne dans plusieurs films italiens, dont La Viaccia, de Mauro Bolognini, avec Claudia Cardinale, et La ciociara, de Vittorio De Sica, avec Sophia Loren. Il retrouve ensuite Jean-Luc Godard pour Une femme est une femme, avant de tourner Léon Morin, prêtre sous la direction de Jean-Pierre Melville, film accueilli tièdement par le public et la critique. Après un second film avec Melville, le polar Le Doulos, Jean-Paul Belmondo s'impose en héros d'aventures avec un film de cape et d'épée réalisé par Philippe de Broca : Cartouche est un triomphe en salles, dépassant les trois millions d'entrées.

Puis, il joue dans Un singe en hiver réalisé par Henri Verneuil d'après le roman d'Antoine Blondin, et dont il partage l'affiche avec Jean Gabin. Très impressionné à l'idée de côtoyer Gabin, Belmondo s'entend finalement à merveille avec son partenaire après avoir eu des moments où Gabin boudait sans parler ni même lui adresser la parole. La fraternité tardive (ils ne se parlaient guère au début du tournage) entre les deux acteurs se retrouve chez les personnages du film, le dialogue de Michel Audiard faisant dire à Gabin, à l'adresse de Belmondo : « Môme, t'es mes vingt ans ! » Si le film obtient un succès commercial inférieur à celui escompté, il est apprécié de Blondin, et Audiard le considère à l'époque comme sa plus belle réussite. Un singe en hiver montre en outre un Belmondo capable de tenir tête à l'écran à un grand comédien de la génération précédente. Après plusieurs autres films — parmi lesquels L'Aîné des Ferchaux de Jean-Pierre Melville, d'après Georges Simenon — il retrouve Philippe de Broca pour les besoins de L'Homme de Rio, film d'aventures au rythme endiablé qui lui convient très bien, dont il partage la vedette avec Françoise Dorléac (sœur de Catherine Deneuve). Sorti en février 1964, L'Homme de Rio est pour Belmondo un nouveau triomphe commercial, approchant les cinq millions d'entrées en France. Ce mariage d'humour et d'action allie de surcroît succès critique et public. Le 5 novembre 1963, Jean-Paul Belmondo est par ailleurs élu président du Syndicat français des acteurs.

Les succès s'enchaînent, allant du film d'aventures (Cent mille dollars au soleil, d'Henri Verneuil) au film dramatique (Week-end à Zuydcoote, du même réalisateur). Il retrouve ensuite Philippe de Broca pour Les Tribulations d'un Chinois en Chine, comédie d'aventures à grand spectacle : sur le tournage, il rencontre et tombe amoureux de sa partenaire Ursula Andress ; son épouse demandera le divorce l'année suivante et la presse internationale rend abondamment compte de la liaison entre les deux acteurs ; ils vivent alors dans une maison située sur l'île des Corbeaux, le long de la Marne. Puis il joue aux côtés d'Anna Karina dans Pierrot le Fou (1965), qui marque l'apogée de sa collaboration avec Jean-Luc Godard, et remporte un succès à la fois critique et public. Jean-Paul Belmondo envisage à l'époque, poussé par Ursula Andress, de tenter l'aventure du cinéma américain, ils y vivent pendant 6 mois, mais y renonce finalement, ne se sentant pas à l'aise à Hollywood. Il alterne les œuvres de pur divertissement, comme Le Cerveau, de Gérard Oury, et les films plus sombres comme La Sirène du Mississipi, de François Truffaut : ce dernier film, sorti en juin 1969, est médiocrement accueilli par un public sans doute déçu de ne pas retrouver l'image de héros positif et désinvolte qui a tant fait pour le succès de l'acteur au cinéma. Jean-Paul Belmondo achève la décennie en donnant la réplique à Annie Girardot dans Un homme qui me plaît, film de Claude Lelouch, qui ne rencontre pas son public.

Il acquiert le surnom de « Bebel », en lien avec le personnage « Pepel » joué par Jean Gabin dans le film Les Bas-fonds (1936) de Jean Renoir. Belmondo considérant que c'était un des plus beaux rôles du cinéma, son ami Hubert Deschamps s'amuse à l'affubler de ce surnom. À la suite d'une faute de frappe, Pepel est devenu Bebel, et le surnom est resté.

Adhérent au SFA-CGT, le syndicat français des acteurs, il en est le président de 1963 à 1966, succédant ainsi à Gérard Philipe et Michel Etcheverry.