Niedługo po tym przeszła do bandu Jimmy’ego Dorseya, zastępując Helen O’Connell. W 1944 wykonała partię wokalną do Bésame mucho – ta wersja okazała się wielkim przebojem zespołu Dorseya. Większość piosenek wykonywała wówczas w duecie z Bobem Eberlym i kiedy Eberly został powołany do służby wojskowej, przeszła do bandu Harry’ego Jamesa.
Z 1954 pochodzi największy przebój Kitty Kallen – Little Things Mean a Lot (pierwsze miejsce na liście Billboardu), którym piosenkarka ugruntowała swoją pozycję. Została wówczas najpopularniejszą wokalistką w zestawieniach magazynów muzycznych Billboard i Variety. Z tego samego roku pochodzi inny wielki przebój wokalistki – In the Chapel In the Moonlight (czwarte miejsce na liście Billboardu). Jej ostatni album – Quiet Nights – utrzymany był w konwencji bossa nova (wydany przez 20th Century Records). Następnie zmuszona była zrezygnować z kariery artystycznej w związku z dolegliwościami oddechowymi.