1945 kommt sie zu RKO. Ihre erste vier Filmrollen spielt sie in diesem Jahr: "Panamericana", anschließend unter der Regie von Anthony Mann "Two O'Clock Courage" und "George White's Scandal". Sie ist die Partnerin von Morgan Conway, mit dem das Studio die Dick-Tracy-Figur aus den 30er Jahren wieder aufleben lassen will, doch der Republic-Serial-Erfolg lässt sich nicht wiederholen. Als im Dezember 1946 Richard Wallaces großer Abenteuerfarbfilm "Sindbad, der Seefahrer" mit Douglas Fairbanks, Maureen O'Hara und Walter Slezak herauskommt, ist das auch für Jane ein großer Erfolg. Im gleichen Jahr spielt sie ihre erste große Hauptrolle. Sie ist "Goldenes Gift" - so ein früher deutscher Verleihtitel des hervorragenden schwarzen Gangsterfilms "Out of the Past".
Sie spielt Kathie, die Freundin des Gangsters Sterling alias Kirk Douglas, die sich einem Koffer voller Dollars aus dem Staub gemacht hat. Sterling beauftragt den Detektiven Jeff alias Robert Mitchum, sie zu finden. Doch Jeff, ein geborener Verlierer, verliebt sich in das Biest, die erst ein doppeltes Spiel treibt, dann aber hofft, gemeinsam mit Jeff ein friedliches Leben zu führen. Doch der ist so enttäuscht, dass er alles zerstört. Noch einmal an der Seite von Robert Mitchum spielt sie in Don Siegels sarkastischem Gangsterfilm "Die rote Schlinge" (1949). An der Seite von Stewart Granger und James Mason ist sie in einer kleinen Rolle in dem MGM-Ausstattungsfilm "Der Gefangene von Zenda" (1952) zu sehen.
1953 zieht sie sich vom Film zurück und widmet sich ganz der Familie, kehrt aber sporadisch - ohne Studiobindungen für einzelne Filmrollen nach Hollywood zurück. So etwa in dem harten Gangsterfilm "Revolte in der Unterwelt" ("The Outfit", 1973 neben Robert Duvall und Karen Black), 1983 in einem Remake von "Out of the Past", das Taylor Hackford mit Jeff Bridges, Rachel Ward und James Woods ("Gegen jede Chance", 1984) drehte, spielt sie die Mutter des Biestes von einst.
1986 steht Jane Greer in Allan Burns "Verrat an der Liebe" vor der Kamera und 1989 sieht man sie in einer kleinen Rolle neben Glenn Close, James Woods und Mary Stuart Masterson in Jonathan Kaplans "Die Second-Hand Familie". Weitere Filme mit Jane Greer: "Auf Bewährung freigelassen" (1950), "Die Tränen des Clowns", "You For Me" (beide 1952),"Der Sonne entgegen" (1956), "Der Mann mit den 1000 Gesichtern" (1957), "Columbo - Traumschiff des Todes" (1975).