Astaire și Rogers au făcut pereche pentru prima dată în filmul Flying Down to Rio din 1933. Ei au fost distribuiți în roluri secundare, cu a cincea și, respectiv, a patra afișare, dar interpretarea lor în numărul „Carioca” a fost punctul culminant al filmului, iar RKO Radio Pictures a fost dornică să profite de popularitatea lor.
În 1934, Astaire și Rogers au realizat filmul muzical The Gay Divorcee, care l-a avut ca partener pe Edward Everett Horton. A fost primul lor rol principal comun într-un film și a avut încasări chiar mai mari decât Flying Down to Rio, cu încasări la nivel mondial de 1,8 milioane de dolari; filmul a inclus, de asemenea, cântecul clasic al lui Cole Porter „Night and Day”. Cântecul „The Continental” din film a fost un hit și a fost, de asemenea, primul cântec care a câștigat Premiul Oscar pentru cel mai bun cântec original la Premiile Oscar din 1934.
Astaire și Rogers au făcut două filme în 1935. În Roberta, în care a apărut cântecul „I Won’t Dance”, Astaire și Rogers au primit a doua și, respectiv, a treia afișare, în spatele lui Irene Dunne. A fost un succes, cu încasări la nivel mondial de 2,3 milioane de dolari. Top Hat, în care a jucat și Horton, a marcat prima dată când duo-ul a avut un film scris doar pentru ei și s-a dovedit a fi unul dintre cele mai de succes filme ale anului, cu închirieri de 3,2 milioane de dolari la nivel mondial. A fost cel mai profitabil film realizat de RKO în anii 1930, cu profituri de 1,3 milioane de dolari.
Au fost votați pe locul al patrulea în sondajul Top Ten Money Making Stars Poll for 1934-1935, publicat de Quigley Publishing Company.
Până în 1936, Astaire și Rogers erau nume de top în box office. În acel an au mai făcut încă două filme împreună: Follow the Fleet și Swing Time, care au fost două succese, obținând încasări la nivel mondial de 2,7 milioane de dolari și, respectiv, 2,6 milioane de dolari. Follow the Fleet s-a lăudat cu o altă coloană sonoră a lui Irving Berlin, care includea vinieta „Let’s Face the Music and Dance”. Swing Time a dat naștere cântecului premiat cu Oscar „The Way You Look Tonight”, scris de Jerome Kern cu versuri de Dorothy Fields, pe care Astaire i l-a cântat lui Rogers. John Mueller a citat Swing Time pentru că posedă „cel mai bun dans din istoria universului”. Secvențele de dans pentru Swing Time (de exemplu, „Never Gonna Dance”) sunt considerate de Arlene Croce ca fiind punctul culminant al artei lor. Această scenă a necesitat 47 de duble pentru a fi perfecționată, timp în care dansatorii au fost nevoiți să urce scări, învârtindu-se, până când au perfecționat-o. La finalul filmărilor, picioarele lui Rogers sângerau. Ei au fost votați ca fiind a treia vedetă care a câștigat cei mai mulți bani în 1936 în sondajul anual Quigley.
Astaire și Rogers au făcut un singur film în 1937, Shall We Dance, din nou cu Edward Everett Horton. Deși filmul a fost cel mai mare film al anului pentru RKO, cu încasări de 2,2 milioane de dolari la nivel mondial, nu a avut performanțe atât de bune pe cât se aștepta studioul. Shall We Dance a avut prima coloană sonoră de la Hollywood semnată de frații George și Ira Gershwin și a inclus melodia „They Can’t Take That Away from Me”. Deși Astaire și Rogers aveau să mai facă încă două filme împreună pentru RKO, dezamăgirea relativă a filmului la box office a fost începutul sfârșitului parteneriatului lor.
După o perioadă neobișnuit de lungă în care au fost despărțiți, Astaire și Rogers au făcut un singur film împreună în 1938, Carefree, de 80 de minute. În timpul perioadei în care s-au despărțit, Rogers a apărut în filmul de succes Stage Door, în timp ce Astaire a apărut alături de Joan Fontaine în musicalul A Damsel in Distress, primul film pe care l-a făcut care a pierdut bani. Carefree a marcat o abatere de la formula lor de pe ecran, prezentându-l pe Astaire într-un rol diferit de personajul său obișnuit tipizat, precum și un accent mai mic pe elementele muzicale. Inițial, Carefree ar fi trebuit să includă secvențe filmate în Technicolor, dar RKO a considerat costurile prohibitive, așa că a fost filmat în alb-negru. Acest film prezintă o coloană muzicală Irving Berlin cu doar patru cântece, cele mai puține din toate filmele lui Astaire și Rogers. Deși filmul a fost bine primit de critici, William R. Weaver de la Motion Picture Herald numindu-l „cel mai mare film Astaire-Rogers”, a fost cel mai scump film al lor de până atunci, costând 1,3 milioane de dolari și pierzând în cele din urmă bani pentru studio, în ciuda unor închirieri la nivel mondial de 1,7 milioane de dolari.
În 1939, Astaire și Rogers au realizat The Story of Vernon and Irene Castle. Acesta a fost sfârșitul parteneriatului lor timp de zece ani. În ciuda mai multor filme de succes, RKO se confrunta cu falimentul. Din cauza costului ridicat și a profitului scăzut al celor mai recente vehicule Astaire-Rogers, împreună cu dorința reciprocă a vedetelor de a se ramifica, RKO a anunțat sfârșitul parteneriatului pe ecran. Deși relația lor a rămas amiabilă, ambii doreau să exploreze noi drumuri. Rogers era interesată de roluri mai dramatice decât cele care i se ofereau cu Astaire. Între timp, Astaire, care a lucrat cu mulți dansatori de-a lungul carierei sale, dorea să fie cunoscut ca un dansator de sine stătător, mai degrabă decât să fie mereu în pereche cu un partener permanent.
.