Благодаря партнерству с Феллини, Рота приобрел мировую известность и признание. Он стал сотрудничать с крупнейшими мировыми режиссерами: Лучино Висконти, Кинг Видор, Марио Моничелли. 
В 1968 году он пишет музыку к фильму Франко Дзефирелли «Ромео и Джульетта». «Тема любви» из этого фильма стала одним из самых известных и узнаваемых его хитов. Но еще больший успех пришел к нему после фильмов Френсиса Форда Копполы «Крестный отец» - 1 и 2. За вторую часть трилогии Нино Рота был удостоен «Оскара» в 1974 году.
Скончался Нино Рота в Риме 10 апреля 1979 года.