A partir de então, a carreira cantando Sinatra nunca olhou para trás. Seu talento para cantar marcou-lhe outra topper gráfico de sucesso com "existem coisas", ocupando posição número um em janeiro de 1943. Então, em agosto desse mesmo ano, o astro cantando fez outro imbecil gráfico com "No azul da noite". A partir de então, Sinatra teve sucesso sucessos após sucessos com canções como "É sempre você", "Eu estarei vendo-o," e "All or Nothing at All".
Frank Sinatra fez muitos programas de rádio em torno desse tempo e em abril de 1943, ele fez sua primeira aparição em um filme creditado, cantando "Night and Day" em Reveille Com Beverly que lançar sua carreira de ator. Isto foi seguido por Higher and Higher no qual ele desempenhou um papel menor na qualidade de si mesmo e seguiu-se com um outro filme, Step Lively, que foi lançado em meados de 1944 em que ele desempenhou um papel maior.
Em novembro de 1944, ele retornou para registros de corte, começando com uma versão cover de Irving Berlin de "White Christmas", que foi novamente um outro topper gráfico. Sinatra então contratado Styne e Cahn para escrever as músicas para seu primeiro musical MGM, Anchors Aweigh, e ao longo de sua carreira de cantor de sucesso, ele gravou mais músicas por Cahn que por qualquer outro compositor. Anchors Aweigh, em que Sinatra foi emparelhado com Gene Kelly, foi lançado em julho de 1945 e passou a se tornar o filme de maior sucesso em 1945.
Ele então passou a aparecer em muitos outros filmes, tais como musicais da MGM na cidade e os de baixo orçamento tais como The Kissing Bandit. Ao mesmo tempo, ele continuou a bater oito Top Ten hits em 1947-1949, que incluiu "Mam'selle", que atingiu o número um maio 1947, e "Some Enchanted Evening", do musical South Pacific Rodgers & Hammerstein. Por 1950, sua carreira de cantor estava em declínio, mas ele ainda era muito ativo. No outono de 1950 marca sua primeira incursão na televisão