Sljedeći Chalametov veliki projekt donio mu je i planetarnu slavu. Naime, radilo se o trogodišnjem projektu talijanskog redatelja Luce Guadagnina koji je snimio film o ljubavi tinejdžera i desetak godina starijeg doktorskog studenta, a film se zvao „Call Me by Your Name“ te je postao golemi hit. Ova atipična, a vrlo romantična i dirljiva ljubavna drama osvojila je srca publike, ali i struke, pa je Chalamet koji je u filmu igrao glavnu ulogu, osvojio i svoju prvu nominaciju za Oscara! Osim Oscara, dobio je i nominacije za Zlatni globus i Critic's Choice Movie Award, a kako je bio tek ušao u 20-e godine, postao je i treća najmlađa osoba u povijesti koja je dobila nominaciju za Oscara u kategoriji najboljeg glavnog muškog glumca. Uglavnom, ta gay ljubavna priča mladom je Chalametu promijenila život, a on je od tada do danas uspio postati apsolutno najtraženije mlado holivudsko ime.