В 1964 г. Фонда начала работу в Париже, снявшись в фильмах «В стиле Феллини» и «Круг любви» (оба в 1964 г.). Здесь на кинопробах она встретилась с французским режиссером русского происхождения Роже Вадимом, который в 1965 г. стал ее мужем. Джейн начала сниматься в его фильмах «Хоровод» (1964 г.), «Добыча» (1966 г.), «Необыкновенные истории» (1968 г.), в которых сыграла уже ставшую ей привычной роль — прелестной девушки, обладательницы милой улыбки и стройных ножек. В 1968 г. Вадим снял свою жену в фантастической кинокомедии «Барбарелла». Роль отважной космической красотки, эротично затянутой в кожу, стала звездной для Джейн. Но сыграв в этом фильме, она обрекла себя на то, что в течение нескольких последующих лет ее будут воспринимать лишь в этом сексуально привлекательном образе.
Живя во Франции, Джейн Фонда время от времени приезжала в США, где много работала, выступая уже не только как актриса, но и как продюсер в фильмах «Погоня» (1966 г.), «Торопливый закат», «В любую среду» (оба в 1967 г.). В 1968 г. Джейн Фонда получила приглашение Сидни Поллака сняться в фильме «Загнанных лошадей пристреливают, не правда ли?». В этой картине Джейн появилась на экране в совершенно новом для нее образе усталой, изможденной, плохо одетой женщины-участницы танцевального марафона. Чтобы получить представление о том, как должны танцевать смертельно усталые люди, Джейн в течение четырнадцати часов танцевала с партнером по фильму Редом Баттоном. «Такой метод вживания в образ кажется мне верным», — скажет впоследствии в одном из интервью Фонда. Эта работа стала одной из лучших за всю актерскую карьеру Джейн Фонды. Ее успех еще более укрепила детективная лента «Клют» (1971 г.). Здесь Джейн снялась в роли проститутки, которой угрожает маньяк-убийца, и получила за эту роль долгожданного «Оскара», «Золотой глобус» и премию нью-йоркских кинокритиков. Сама Фонда в одном из интервью позднее говорила: «Я сделала около двадцати пяти фильмов и только две картины считаю по-настоящему хорошими — «Загнанных лошадей пристреливают, не правда ли?» и «Клют». Думаю, что я, в общем-то, еще очень ограниченная актриса».
В 1970 г. Джейн Фонда рассталась с Роже Вадимом, оставив на его попечение дочь Ванессу, и направила свой кипучий темперамент в новое, теперь уже общественно-политическое русло, активно включившись в кампанию против войны во Вьетнаме. Со своим вторым мужем, профсоюзным деятелем Томом Хейденом она участвует в маршах протеста, часто бывает во Вьетнаме. Она берет в эти поездки и своего маленького сына Троя Хейдена, родившегося в 1973 г. На эту деятельность Джейн Фонда истратила несколько миллионов долларов, включая свой собственный доход и наследство от матери. В 1972 г. Фонда получила прозвище Джейн Ханоя, после того как побывала в Северном Вьетнаме, сделав там несколько передач на радио.
В 1976 г., когда ее общественная деятельность пошла на убыль, Джейн вернулась к производству кинофильмов и на следующий год организовала собственную кинокомпанию. Ее картины «Китайский синдром» (1979 г.), «С девяти до пяти» (1980 г.) и особенно «Возвращение домой» (1978 г.) имели серьезный успех, а за роль в последней киноактриса получила своего второго «Оскара» и «Золотой глобус». В этот период она много снимается, создавая чаше всего образы активных общественных деятельниц и журналисток («Джулия», 1977 г.), «Электрический всадник» (1979 г.).
В 1981 г. Джейн сняла картину «У Золотого озера», которая стала для нее «самым глубоким профессиональным переживанием». Дело в том, что в этом фильме снимался ее отец, который в это время медленно умирал. Даже угасая, блистательный актер переиграл всех партнеров по фильму, в том числе и свою дочь. Генри Фонда скончался через четыре месяца после того, как получил за участие в этой картине своего первого и единственного «Оскара». Кинофильм «У Золотого озера» принес более 100 млн долларов прибыли и стал завершением блестящей карьеры Генри Фонды.