Наталья Варлей наиболее запомнилась зрителям по роли Нины в «Кавказской пленнице». Любовь народа к этой картине не угасла по сей день, несмотря на то, что с момента ее выхода прошло уже больше 50 лет. По словам самой звезды ленты, она идеально подходила на доставшуюся ей роль.
По Сети ходили предположения, что режиссера картины вдохновила фигура юной цирковой артистки. Якобы она не побоялась выйти к Леониду Гайдаю в купальнике и продемонстрировать формы. Однако это не соответствует действительности.
«Нет конечно, не поэтому. Были и спортсменки, были гимнастки, были балерины, и с гораздо лучшими, чем у меня, фигурами, потому что я — цирковая, тяжеленькая, крепенькая, коренастенькая. Виной всему стала моя детскость, первозданная непосредственность, из которой режиссер мог лепить все, что ему было нужно», — делилась Наталья Владимировна с газетой «Союз. Беларусь-Россия».
Роль в «Кавказской пленнице» стала третьей в послужном списке Варлей. После этого она снялась в еще нескольких десятках картин.
В работах Гайдая впоследствии артистка появлялась всего раз — в «12 стульях». Поговаривают, что отношения режиссера и знаменитости испортились после того, как тот начал навязчиво оказывать ей знаки внимания и даже пытался поцеловать, но Варлей оттолкнула его.