In de jaren’60 brak DeLuise door met zijn optredens in de televisieseries The Entertainers, waarin hij naast Carol Burnett speelde, en The Dean Martin Show, waar zijn sketches en typetjes met geacteerd Italiaanse accent veel succes opleverden.

Het bekendst werd DeLuise in het decennium daarop, door zijn hoofdrollen in verschillende films van Mel Brooks. The Twelve Chairs (1970 ), Blazing Saddles (1974), Silent Movie (1976) en History of the World- part 1 ( 1981). In de jaren erop werkten Brooks en DeLuise nogmaals samen in Spaceballs ( 1987) en de parodie Robin Hood: Men in Tights (1993). DeLuise verscheen naast één van Amerika’s bekendste komedianten, Gene Wilder, in de films The Adventures of Sherlock Holmes' Smarter Brother (1975) en The World's Greatest Lover (1977 ), beiden door Wilder geregisseerd.

Met zijn goede vriend Burt Reynolds speelde DeLuise in 1978 in The End. De jaren erop speelden ze zij aan zij in Smokey and the Bandit II (1980) en The Best Little Whorehouse in Texas ( 1982).

In 1979 maakte DeLuise zijn regiedebuut met de film Hot Stuff , waarin hijzelf ook meespeelde.

DeLuise, die bekend stond om zijn eindeloze energie en opvallende aanwezigheid, was ook te zien op Broadway, leende zijn stem aan figuren uit tekenfilms, schreef enkele kinderenboeken en begon naast zijn acteercarrière ook een korte loopbaan als kok. DeLuise verscheen regelmatig in kookprogramma’s om zijn recepten te delen.

In 1974 werd DeLuise genomineerd voor een Golden Globe in de categorie Beste tv- acteur in een musical/ komedie, voor zijn rol in de film Lotsa Luck (Alan Rafkin ).