Si bien «THX 1138» no fue de ninguna manera un éxito mundial, la carrera de Duvall continuó creciendo en los años siguientes. Apenas un año después de interpretar al personaje principal en esta película, hizo una de sus impresiones cinematográficas más fuertes con «El Padrino», en la que interpretó al consigliere de la familia Corleone, Tom. El papel le daría la primera de sus siete nominaciones al Oscar; Más tarde obtendría nominaciones por «Apocalypse Now», «The Great Santini», «The Apostle», «A Civil Action» y «The Judge», además de una victoria por «Tender Mercies» de 1984.
Además de sus papeles más condecorados, Duvall también ha aparecido en películas clásicas como «The Conversation», «Network» e «Invasion of the Body Snatchers». Más recientemente, algunos aspectos destacados de su filmografía incluyen el genial thriller de Steve McQueen de 2018 «Widows», el drama de baloncesto dirigido por Adam Sandler «Hustle» y la historia de Edgar Allen Poe «The Pale Blue Eye». Esta última película marca el último proyecto en el que ha aparecido el actor hasta la fecha, aunque aparentemente tiene un proyecto con Ed Harris en proceso.
Curiosamente, Duvall rara vez apareció en programas de televisión después de sus primeras décadas trabajando en el medio. Aparte de un puñado de películas para televisión, sus únicos papeles en la pantalla chica en las últimas seis décadas son en la miniserie política «Ike: The War Years» y las sagas occidentales «Lonesome Dove» y «Broken Trail». Aparte de la actuación, Duvall habría trabajado en proyectos caritativos, incluido el Fondo para Niños Robert Duvall, que cofundó en 2001.