Tra il 1959 e il 1960, recitò in numerosi film diretti da autori di primo piano del cinema italiano: Un maledetto imbroglio (1959) di Pietro Germi, Il magistrato di Luigi Zampa, Audace colpo dei soliti ignoti (1959) di Nanni Loy, Vento del sud (1959) di Enzo Provenzale, e Upstairs and Downstairs (1960) di Ralph Thomas, prodotto nel Regno Unito. Nel 1960, in un'industria cinematografica italiana in pieno fermento, Claudia ottenne ruoli sempre più rilevanti: fu diretta da Abel Gance nel kolossal storico Austerlitz e da Luchino Visconti nel capolavoro neorealista Rocco e i suoi fratelli, dove interpretò una prostituta fragile e dolente accanto ad Alain Delon e Renato Salvatori. Sempre nel 1960, fu protagonista con Mastroianni in Il bell'Antonio di Mauro Bolognini, tratto dal romanzo di Vitaliano Brancati, dove la sua sensualità acerba e tormentata cominciò a definire un nuovo tipo di diva: meno bambola e più donna, più reale che idealizzata. Fu ancora Bolognini a valorizzarla nei successivi La viaccia (1961) e Senilità (1962), mentre il suo talento trovò piena espressione in La ragazza con la valigia (1961) di Valerio Zurlini, dove vestì i panni di Aida, una ballerina sbandata dal passato incerto, accanto a Jacques Perrin. L'interpretazione le valse il David di Donatello e consacrò Claudia come attrice capace di affrontare ruoli complessi, intrisi di malinconia e verità.