Erste Rollen in Kinofilmen hatte Deltgen ab Mitte der 1930er Jahre erhalten und sein Leinwanddebüt in Gustav Ucickys Melodram "Das Mädchen Johanna"³⁾ (1935) gegeben. Der Aufstieg zum Filmschauspieler mit Starrang fiel in eine Zeit als der Import amerikanischer Filme entscheidend reduziert und Actionfilme in der Machart von Henry Hathaway, John Ford und Cecil B. DeMille Mangelware wurden. Der Nachfrage nach Produktionen mit abenteuerlichen Inhalten musste nun die heimische Industrie bedienen, was zur Folge hatte, dass ein bis dahin in der deutschen Filmszene seltener Typ aufkam: Der Glücksritter, Draufgänger und rüde Liebhaber, dem die Promiskuität zum Verhängnis wird. Deltgen stimmte exakt mit dem den amerikanischen Vorbildern entnommenen Typus überein und wurde nun häufig als flotter Held und Draufgänger in Abenteuerstreifen wie "Kautschuk"³⁾ (1938) oder "Dr. Crippen an Bord"³⁾ (1942) eingesetzt.
Sein exotisch wirkendes Gesicht, die männlich-schlaksige Haltung, das erotische Timbre seiner Stimme machten ihn zum idealen Interpreten zwielichtiger Desperados. Als Prinz Feodor, den die russische Revolution in dem Drama "Ab Mitternacht"³⁾ (1938) nach Paris verschlägt, verdeutlichte er den Abstieg vom Kavalier zum skrupellosen Frauenausbeuter mit den Mitteln eines klug berechnenden Akteurs und gewann trotz negativer Rollenfixierung die Sympathien des Publikums. Die reifste Leistung dieser Periode lieferte er als ehrgeiziger Artist Codona in dem Zirkusabenteuer "Die Drei Codonas"³⁾ (1940), dem der Beruf alles bedeutet und der zwischenmenschliches Fehlverhalten mit Draufgängertum kompensiert.
Der NS-Propagandamaschinerie konnte sich Deltgen nicht entziehen, ganz im Sinne nationalsozialistischer Ideologie kommt ihm dabei entweder Vorbildfunktion zu – so in seiner Rolle als deutscher Soldat in dem bis heute als "Vorbehaltsfilm"¹⁾ geltenden Streifen "Fronttheater"³⁾ (1943) – oder der Negativpart des feindlichen Agenten in "Achtung! Feind hört mit!"³⁾ (1940).⁴⁾ In politischer Hinsicht verhält sich Deltgen, nach wie vor luxemburgischer Staatsbürger, weitgehend abstinent. Als Luxemburg im Mai 1940 von deutschen Truppen annektiert und die Bevölkerung einer brachialen "Germanisierungspolitik" unterworfen wird, gerät Deltgen jedoch politisch ins Zwielicht: 1940/41 erscheinen zwei von ihm (mit)verfasste und unterzeichnete pro-deutsche Aufrufe in der luxemburgischen Presse. Die Entstehungsgeschichte beider Texte und der Anteil Deltgens daran liegen bis heute im Dunkeln. Beide Proklamationen tragen dem Schauspieler bei seinen Landsleuten jedoch den Vorwurf des Landesverrats und der Kollaboration mit den deutschen Besatzern ein. 1945/46 kommt es deshalb in Luxemburg zu einem vielbeachteten Gerichtsverfahren: Deltgen wird zu zwei Jahren Gefängnis, 100.000 Francs Geldbusse und zum Verlust der luxemburgischen Staatsangehörigkeit – die ihm 1952 rückerkannt wird – verurteilt.⁴⁾
 
Nach Kriegsende arbeitete Deltgen zunächst in Oberstdorf bei einer französischen Truppe als Küchenchef, versuchte sich als Kabarettist sowie als Pferdedresseur beim Zirkus, ehe er seine Theaterkarriere in Zürich und ab 1947 in Köln fortsetzten konnte. Auch im deutschen Nachkriegsfilm zählte Deltgen fortan zu den vielseitigsten Darstellern. Nach 1945 waren der von Schuldgefühlen gequälte Schauspieler Gorgas in "Nachtwache" (1949), der skrupellose sowjetische Geheimdienstoffizier Kazanow in "Weg ohne Umkehr" (1953) und der schurkische indische Fürst Ramigani in Fritz Langs zweiteiligem Remake "Der Tiger von Eschnapur"¹⁾ (1959) bzw. "Das indische Grabmal"¹⁾ (1959) seine erfolgreichste Rollen. In nachhaltiger Erinnerung ist er wohl auch als der "Hexer" Arthur Milton in den Wallace-Verfilmungen "Der Hexer"¹⁾ (1964) und "Neues vom Hexer"¹⁾ (1965) geblieben.
Ab den 1960er Jahren war Deltgen vermehrt im Fernsehen aktiv, zeigte sich in Literaturadaptionen wie "Schau heimwärts, Engel" (1961, mit Inge Meysel) oder "Golden Boy"¹⁾ (1962, mit Klaus Kammer), aber auch in beliebten Krimiserien wie "Das Kriminalmuseum . Seine rauchige Stimme macht den Schauspieler besonders für den Rundfunk attraktiv, er wurde als Held der "Paul-Temple"-Serie überaus populär, in 11 von 12 Hörspiel-Produktionen sprach er zwischen 1949 und 1966 die Titelfigur; siehe auch "Paul Temple"-Hörspiele mit René Deltgen bei Wikipedia.

Als Theaterschauspieler brillierte Deltgen in Köln unter anderem als Petruchio in Shakespeares Komödie "Der Widerspenstigen Zähmung", als Knecht Nikita in Tolstois Drama "Die Macht der Finsternis", als Protagonist General Harras in Zuckmayers Bühnenerfolg "Des Teufels General", als Molières "Tartuffe", als Vater in "Andorra" von Max Frisch oder in der Uraufführung von "Stalingrad" nach dem Roman von Plivier. Von 1966 bis 1969 war Deltgen am Schauspielhaus Zürich engagiert, absolvierte daneben aber auch zahlreiche Gastspiele an den "Kammerspielen" in München und Hamburg, am Wiener " Burgtheater", am "Zimmertheater" in Aachen sowie vielen weiteren bedeutenden Bühnen. Auch als Regisseur machte er sich einen Namen, so inszenierte er beispielsweise "Endstation Sehnsucht" von Tennessee William oder "Der Regenmacher" nach dem Roman von John Grisham.