Outro sucesso foi Que sera, sera, tema de O Homem que sabia demais (BR) com James Stewart. Mas no filme Ama-me ou Esquece-me, que fez com James Cagney em 1955, teve a oportunidade de cantar um extenso rol de canções românticas, ao interpretar uma cantora da vida real. Nos anos 60 faria sucesso em comédias românticas co-estreladas por Rock Hudson.

Seu papel mais frequente era a da sexy ingênua, que vivia assediada por homens que usavam de várias artimanhas para conquistá-la. Esse tipo levou Groucho Marx a proferir uma de suas mais célebres frases: "Conheci Doris Day quando ela ainda não era virgem".