Quelques années plus tard, elle part s’installer à Hollywood et réussit à décrocher plusieurs seconds rôles au cinéma, notamment dans Le Roi et quatre reines en 1956, Pique-nique en pyjama et La Blonde ou la rousse en 1957 avec Frank Sinatra et Rita Hayworth, Une espèce de garce, avec Sophia Loren en 1959, et Ces folles filles d’Ève en 1960. Par la suite, on la retrouve souvent à la télévision, notamment dans The Bob Cummings Show, Westinghouse Desilu Playhouse, The Red Skelton Show et The Beverly Hillbillies. Même si elle a été comparée quelques fois à Marilyn Monre, Barbara Nichols a rarement été la vedette d’un film, et s’est toujours contentée de rôles secondaires, derrière les icônes de l’époque que sont Sophia Loren, Rita Hayworth, ou encore Doris Day. Barbara Nichols tourne son dernier film en 1976, la comédie Won Ton Ton, the Dog Who Saved Hollywood de Michael Winner.

Barbara Nichols succombe d'une Insuffisance hépatique à l'âge de 47 ans., le 5 octobre de la même année, à l’âge de quarante-sept ans.