Viết tiếp cho đoạn này - Sự đột phá của Chalamet đến vào năm 2017 với vai diễn Elio Perlman trong bộ phim lãng mạn của Luca Guadagnino "Call Me by Your Name", sau đó anh xuất hiện trong các bộ phim đến tuổi "Hot Summer Nights" và "Lady Bird" cũng như bộ phim phương Tây "Hostiles". Sự xuất hiện của anh trong "Call Me by Your Name" đã mang lại cho anh một đề cử giải Oscar cho Nam diễn viên xuất sắc nhất, làm cho Timothée 22 tuổi trở thành ứng cử viên trẻ thứ ba trong danh mục và trẻ nhất
kể từ khi 19 tuổi Mickey Rooney với vai diễn của mình trong "Babes in Arms" vào năm 1939. Sau đó, anh đóng vai Nic Sheff trong bộ phim truyền hình "Beautiful Boy" (2018), trong đó anh được đề cử cho giải thưởng Quả cầu vàng, giải thưởng Hiệp hội diễn viên màn hình và giải thưởng phim BAFTA, tất cả đều dành cho Nam diễn viên phụ xuất sắc nhất. Năm 2019, Chalamet đóng vai chính trong bộ phim hài lãng mạn của Woody Allen "A Rainy Day in New York". Cuối năm đó, Chalamet đóng vai Henry V của Anh và Theodore "Laurie" Laurence trong bộ phim truyền hình "The King" và "Little Women".