A pesar de que ya había actuado en ciclos como Richard Diamond, Private Detective en 1959; su consagración ocurrió recién en 1961. cuando fue contratada para interpretar a la ama de casa Laura Petrie en la comedia de televisión The Dick Van Dyke Show, donde compartió cartel con Dick Van Dyke, Rose Marie, Morey Amsterdam y Larry Mathews. El programa fue considerado como uno de los más importantes en la historia de la televisión estadounidense, llegando a obtener cuatro premios Emmy a la «mejor serie de comedia». En 1964 y 1965, Moore obtuvo un premio Emmy a la «mejor actriz de una serie de comedia». The Dick Van Dyke Show se transmitió por CBS hasta 1966 con gran aceptación por parte de la crítica y el público.