A l'image de cette seconde phase de tournage, toute la post-production se déroula comme dans un rêve hollywoodien. Suite au montage image, pour la troisième fois après Blue Velvet et Lost Highway, David et Angelo Badalamenti se rendirent à Prague en décembre 2000 pendant quatre jours afin d'enregistrer la musique du film avec un orchestre notamment composé de soixante instruments à cordes et de vingt cuivres. De janvier à la mi-avril 2001, David enchaîna ensuite avec quatorze semaines de mixage qu'il effectua dans son propre studio de la Madison House. Il venait donc de mettre la dernière main aux ultimes phases de création de son long métrage lorsqu'il présenta Mulholland Drive lors du 54e Festival de Cannes le 16 mai 2001, plus de deux ans et demi après les prémices de ce projet et précisément deux ans après la sélection de The Straight Story. Yasmina Reza, qui faisait partie du jury en 1999, raconta, même si la presse n'en fit guère l'écho, que David et son producteur l'avaient, selon ses propres termes, " agressée " dans le hall de l'aéroport de Nice, sans que nous sachions d'ailleurs davantage en quoi consista cette agression : David lui aurait demandé des comptes, lui reprochant semble-t-il vertement de ne pas avoir donné de prix d'interprétation à Richard Farnsworth qui, il faut bien le reconnaître, ne l'aurait pas volé. S'il ne laisse guère ce sentiment transparaître, David est effectivement extrêmement sensible à la reconnaissance publique et aux diverses récompenses décernées à ses films. Il considère Cannes comme le plus grand festival du monde, et celui-ci lui a retourné la politesse en 1990 quand Bernardo Bertolucci et son jury lui attribuèrent la Palme d'Or pour Wild at Heart - Sailor & Lula.