Dans les années 1970, Shelley Duvall apparaît aussi brièvement dans « Annie Hall » de Woody Allen, où elle interprète Pam, une des conquêtes d’Alvy Singer, l’alter ego du réalisateur. Shelley Duvall atteint l’apogée de sa carrière en 1980 avec « Shining » de Stanley Kubrick. Aux côtés de Jack Nicholson, elle interprète Wendy Torrance, qui tente de survivre aux assauts de son mari devenu fou dans un hôtel isolé du Colorado. Le tournage, qui dure près d’un an, est une épreuve pour elle. Les nombreuses prises exigées par Kubrick, la dureté de certaines scènes et le comportement erratique de Nicholson la marquent profondément.
Contrainte de répéter certaines scènes, dont celle de la confrontation dans l’escalier, entre 40 et 50 fois, Shelley Duvall déclarera plus tard : « Ce fut une expérience formidable, mais si c’était à refaire, je n’accepterais pas le rôle ». Au cours des années 1980, Shelley Duvall se retire progressivement de la scène hollywoodienne. Elle joue dans « Bandits, bandits » de Terry Gilliam et prête sa voix à un court-métrage de Tim Burton, « Frankenweenie ». On la retrouve encore dans « Roxanne », adaptation de « Cyrano de Bergerac » par Steve Martin, et dans les années 1990, elle collabore avec Steven Soderbergh (« À fleur de peau »), Jane Campion (« Portrait de femme ») et participe à une adaptation live de « Casper ». En 2002, Shelley Duvall met un terme à sa carrière avant de se retirer de la vie publique.
