Trong vòng một năm, Gaynor trở thành một trong các phụ nữ đóng vai chính ở Hollywood. Diễn xuất của bà trong phim Seventh Heaven (phim đầu trong 12 phim bà đóng chung với nam diễn viên Charles Farrell) và cả phim Sunrise, do F. W. Murnau đạo diễn. Phim Street Angel (năm 1927, cũng với Charles Farrell) đã mang lại cho bà giải Oscar cho nữ diễn viên chính xuất sắc nhất đầu tiên năm 1928. Đây là lần duy nhất trong lịch sử giải Oscar được trao cho nhiều vai diễn: giải được trao dựa trên toàn bộ diễn xuất của diễn viên trong một năm, chứ không cho một diễn xuất riêng biệt nào. Gaynor không chỉ là người thứ nhất mà cũng là nữ diễn viên trẻ tuổi nhất đoạt một giải Oscar cho nữ diễn viên chính xuất sắc nhất cho tới năm 1986 (khi Marlee Matlin đoạt giải Oscar). Ở lúc mà họ đoạt giải Oscar của mình thì Gaynor 22 tuổi, còn Matlin 21 tuổi.

Gaynor là một trong số ít nữ diễn viên chính đã thành công trong việc chuyển từ phim câm sang phim âm thanh. Trong một số năm, Gaynor là nữ diễn viên chính hàng đầu ở phim trường của hãng Fox Film Corporation và được phép chọn các vai chủ yếu, đóng vai chính trong các phim như Delicious (1931), Merely Mary Ann (cũng năm 1931) và Adorable (1933). Tuy nhiên, khi Darryl F. Zanuck hợp nhất phim trường non trẻ của mình, 20th Century Pictures, với Fox Film Corporation để lập ra hãng Twentieth Century Fox, thì cương vị của Gaynor trở nên bấp bênh, thậm chí còn xuống hàng thứ ba sau các nữ diễn viên Loretta Young và Shirley Temple. Bà liền chấm dứt hợp đồng với hãng này và được David O. Selznick hoan hô ở giữa thập niên1930.

Năm 1937, bà lại được đề cử để nhận giải Oscar, lần này cho vai diễn của bà trong phim A Star Is Born. Sau khi xuất hiện trong phim The Young in Heart, bà từ giã kỹ nghệ điện ảnh trong gần 20 năm và chỉ trở lại lần chót vào năm 1957 trong vai mẹ của Pat Boone ở phim Bernardine.