Alain Delon est en pleine gloire et tourne à une cadence folle tandis que Romy est ignorée par le cinéma français et reniée par le cinéma allemand et autrichien. Delon lui fait apprendre l'italien et rencontrer Luchino Visconti qui fait monter sur scène le couple dans Dommage qu'elle soit une putain en 1961. Après ce triomphe, le réalisateur italien lui donne un rôle dans un sketch de Boccace 70 en 1962. À la fin du tournage, Visconti lui glisse au doigt un anneau en bois incrusté de deux diamants et d'un saphir qui ne la quittera plus jusqu'au jour de sa mort. Cette même année, elle monte pour la première fois sur les planches en Allemagne, au théâtre Baden-Baden, où elle joue en français, avec une troupe française, la pièce La Mouette d'Anton Tchekhov. Fin 1962, elle est hospitalisée pour surmenage ; Alain Delon est à son chevet.

Les producteurs américains sont séduits, surnomment l'actrice « la petite fiancée du monde » et lui font de nombreuses propositions. La Columbia lui offre alors un contrat de sept ans (pour sept films et un cachet d'un million de francs pour chacun de ses rôles), et Romy s'installe aux États-Unis, à Hollywood, de 1962 à 1965. Elle tourne un premier film avec Otto Preminger, Le Cardinal qui est un succès. En 1963, elle reçoit la première récompense française de sa carrière, l'Étoile de Cristal de l'Académie du cinéma pour sa prestation dans Le Procès. Néanmoins, sur son deuxième film pour la Colombia, Prête-moi ton mari, elle découvre que les techniques de l'Actors Studio sont bien différentes des siennes. Maladroite dans cette comédie, envahie par le stress, le trac et les doutes (circulent dans la presse des photos montrant Delon avec une jeune femme), la presse américaine la surnomme Miss Worry (« Mademoiselle inquiète »), ce qui la condamne aux seconds rôles. Elle rompt donc son contrat avec la Columbia et rentre à Paris après avoir reçu des mains de son agent George Baum une lettre de rupture de quinze pages d'Alain Delon. Elle trouve dans leur appartement parisien quelques roses laissées sur la table du salon et un mot d'Alain Delon : « Je suis à Mexico avec Nathalie. Mille choses. Alain ». Après cinq ans de passion orageuse, Alain Delon l'a quittée pour Nathalie, enceinte de leur fils Anthony. Romy est très affectée par cette rupture.
En juin 1964, Romy obtient la « Victoire du Cinéma français », récompensant la « meilleure actrice étrangère de l'année ».
Le 1er avril 1965, à l'occasion de l'inauguration du restaurant Blatzheim à l'Europa-Center de Berlin-Ouest, elle rencontre l'acteur et metteur en scène de théâtre de boulevard berlinois Harry Meyen, d'origine juive. Ils se marient le 15 juillet 1966 à Saint-Jean-Cap-Ferrat — Romy est déjà enceinte de cinq mois — et s'installent à Berlin-Grünewald. Le 3 décembre, elle donne naissance à son premier enfant, David Christopher Meyen (Meyen étant le pseudonyme de son père ; David s'appelle en réalité Haubenstock, comme le mentionne son état civil). L'actrice se retire alors de la vie publique pendant une année et demie pour s'occuper essentiellement de son fils.
Le 1er avril 1965, à l'occasion de l'inauguration du restaurant Blatzheim à l'Europa-Center de Berlin-Ouest, elle rencontre l'acteur et metteur en scène de théâtre de boulevard berlinois Harry Meyen, d'origine juive. Ils se marient le 15 juillet 1966 à Saint-Jean-Cap-Ferrat — Romy est déjà enceinte de cinq mois — et s'installent à Berlin-Grünewald. Le 3 décembre, elle donne naissance à son premier enfant, David Christopher Meyen (Meyen étant le pseudonyme de son père ; David s'appelle en réalité Haubenstock, comme le mentionne son état civil). L'actrice se retire alors de la vie publique pendant une année et demie pour s'occuper essentiellement de son fils.
