Sitt internationella genombrott fick Demy med Lola (1961) med Anouk Aimée i huvudrollen. Mest är han dock känd för sina spektakulärt nyskapande och samtidigt bitterljuvt nostalgiska musikaler, främst Paraplyerna i Cherbourg (1964), där hela dialogen framförs sjungande till toner av Michel Legrand, liksom i Flickorna i Rochefort