Dopo alcuni pregevoli documentari (Alluvione, 1950; Il delta padano, 1951; Uomini soli, 1959) esordì nel lungometraggio con La lunga notte del '43 (1960, tratto da un racconto di G. Bassani e premiato alla Mostra del cinema di Venezia quale migliore opera prima). Tra i film di questo periodo, in cui nei momenti migliori è riuscito a coniugare l'osservazione realistica e l'impegno politico con le qualità spettacolari, si ricordano:  La banda Casaroli (1962);  Le stagioni del nostro amore (1965, vincitore al Festival di Berlino del 1966);  Bronte - Cronaca di un massacro che i libri di storia non hanno raccontato (1972), in cui denuncia come una macchia sull'epopea garibaldina del 1860 la spietatezza di cui i 'liberatori', guidati da Nino Bixio, diedero prova nella repressione della rivolta contro i proprietari terrieri scoppiata in quel centro agricolo del catanese. Il successivo Il delitto Matteotti (1973), focalizzato sul consolidarsi della dittatura fascista dopo il rapimento e l'assassinio di G. Matteotti, ha costituito la conferma dell'impegno politico di Vancini, mentre lontani dall'asciutto impianto delle due opere precedenti, ma al tempo stesso privi di un efficace rinnovamento artistico, sono risultati Amore amaro (1974), dal racconto Per cause imprecisate di C. Bernari, e Un dramma borghese (1979), dal romanzo di G. Morselli, entrambi incentrati su tormentate passioni, La baraonda - Passioni popolari (1980), sul mondo del ciclismo, e La neve nel bicchiere (1984), tratto dal romanzo di N. Rossi, sulle vicende di una famiglia di contadini dalla fine dell'Ottocento agli anni Venti.