La chanson passionne aussi le jeune garçon, qui fréquente le célèbre Petit Conservatoire de Mireille, tout en se produisant dans divers cabarets. Un jour, au Centre Américain, il rencontre le fils du metteur en scène Jules Dassin. Joe DASSIN souhaite alors se lancer dans la chanson et Claude va amorcer une collaboration que seule la mort du chanteur arrêtera: « La fleur aux dents » (1970), « L’équipe à Jojo »(1970), « Salut les amoureux » (1972), « L’été indien » (1975), « Ça va pas changer le monde » (1975), « Et si tu n’existait pas » (1975), « À toi » (1976), « Le café des trois colombes » (1976), « Dans les yeux d’Émilie » (1978), « La vie se chante, la vie se pleure » (1978), « Le dernier slow » (1979) etc.

Un grand nombre de vedettes de l’époque interpréteront alors les chansons de l’auteur. Michel SARDOU fait partie de ceux-ci. En 1974, il enregistre deux grands succès, devenus depuis des classiques de son répertoire : « Une fille aux yeux clairs » et « Je veux l’épouser pour un soir ». DALIDA fait également partie des interprètes de Claude LEMESLE. Celle-ci chante « Dans la ville endormie », « Comme si tu étais là » et « Quand s’arrêtent les violons ».