Był też współautorem, wraz z ówczesną dziewczyną Carole Bayer Sager, piosenki „Nobody Does It Better” do filmu Szpieg, który mnie kochał (1977), która była nominowana do Oscara. W latach 80. odniósł sukces dzięki napisaniu ścieżki dźwiękowej do dramatów filmowych: Zwyczajni ludzie (1980) i Wybór Zofii (1982). W 1986 roku otrzymał nominację do Oscara za piosenkę do filmu Chór (1985). Jednym z ostatnich projektów, w których brał udział, był wyreżyserowany przez Stevena Soderbergha komediodramat kryminalny Intrygant (2009), w którym wystąpił Matt Damon. Przed śmiercią ukończył swoją pierwszą książkę dla dzieci Marvin Makes Music, którą wydano wraz z płytą CD zawierającą piosenkę „The Music in My Mind” ze słowami autorstwa Ruperta Holmesa. Był też autorem ścieżki dźwiękowej do filmu Wielki Liberace (2013), wyreżyserowanego przez Soderbergha, w którym zagrali Damon i Michael Douglas jako tytułowy Liberace.
Scena W 1972 roku Hamlisch zagrał na fortepianie w przedstawieniu An Evening with Groucho w nowojorskiej sali koncertowej Carnegie Hall, gdzie głównym bohaterem wydarzenia był Groucho Marx;