バーグマンは1948年に公開された『ジャンヌ・ダーク』でもアカデミー主演女優賞にノミネートされた。この作品はマクスウェル・アンダーソンの戯曲『ロレーヌのジャンヌ』を原作としたもので、ウォルター・ウェンジャー製作、ヴィクター・フレミング監督、RKO配給の独立系映画作品である。バーグマンがこの映画で主役を射止めたのは、以前に戯曲版の『ロレーヌのジャンヌ』をブロードウェイの舞台で演じていたことも理由の一つとしてあげることができる。しかしながら『ジャンヌ・ダーク』は興行的成功を収めたとはいえない。この作品の公開中に、バーグマンとイタリア人映画監督ロベルト・ロッセリーニとの不倫スキャンダルが明るみに出てしまったことにもその一因があった。さらに映画関係者からの評価もよくなく、複数のアカデミー賞にノミネートされ、撮影賞と衣装デザイン賞を受賞したが、最優秀作品賞を受賞することはできなかった。公開時にはオリジナルのストーリーから45分がカットされていたが、1998年にもとの長さに復元され、2004年にはこの完全版がDVDでリリースされている。

ハリウッドでのバーグマンは映画だけでなく舞台にも出演していた。『リリオム』、『アンナ・クリスティ』(en:Anna Christie)、そして『ロレーヌのジャンヌ』である。『ロレーヌのジャンヌ』のプロモーションのためにワシントンD.C.で開催されたプレス・カンファレンスの場で、バーグマンは自身が出演していた劇場で直接目にした、人種差別事件を非難したことがある。この出来事は大きな注目を集め、嫌がらせの手紙がバーグマンに届いたこともあった。またバーグマンは第二次世界大戦中にアラスカのアメリカ陸軍を慰問したことがある。さらにバーグマンは軍の慰問でヨーロッパにも渡り、戦争が引き起こす荒廃を目の当たりにした。カメラマンのロバート・キャパと知り合ったのもこの時期のことで、二人は一時期不倫関係にあったともいわれている[14]。
私生活

バーグマンは1937年に21歳で歯科医のペッテル・アロン・リンドストロームと結婚し、翌1938年9月20日には娘のピアが生まれた。『別離』の完成後にいったんスウェーデンに戻っていたバーグマンだったが、1940年に再びアメリカへ渡り、ブロードウェイで舞台女優を続けてハリウッドでの映画出演に備えていた。1941年には夫リンドストロームと娘ピアがアメリカを訪れ、ニューヨークのロチェスターに滞在している。このアメリカ滞在中にリンドストロームはロチェスター大学で薬学と外科学を学び学位を取得した。バーグマンはニューヨークに小さな家を借りて脳神経外科の研修医に転じた夫のリンドストロームと娘を住まわせ、撮影の合間を見つけてはニューヨークを訪れ、数日間から数ヶ月間にわたって家族との時間を持っていた。

『ライフ』誌の記事では「リンドストロームは自身こそが家長であり、バーグマンも喜んでそのことを認めていると考えていた」とし、リンドストロームが「ハリウッドで飾りたてられた人工的な美女と関連性を持って見られることを毛嫌いしていた」ために、バーグマンは女優としての生活と私生活とをはっきりと分けていると断言していたと書かれている。リンドストロームは後にニューヨークからサンフランシスコへと居を移し、当地の私立病院でインターンシップを終えている。そしてバーグマンも映画出演の合間にサンフランシスコを訪れて、家族と共に過ごす生活を続けた[7]。

リンドストロームは後年、超音波を使い出血しにくい手術の術式を考案し高名な脳外科医となり、アメリカ各地の病院に勤務を続ける傍ら、複数の大学で教鞭を取りユタ大学の教授を務めた。

バーグマンは1950年にイタリア映画『ストロンボリ』に主演し、この作品の撮影中に不倫関係となった監督ロベルト・ロッセリーニとのスキャンダルが原因でハリウッドを離れヨーロッパへと戻った。そして『ストロンボリ』が公開されたのと同じ月の1950年2月2日に、バーグマンとロッセリーニの間には息子ロベルティーノが生まれている[15]。ロベルティーノが生まれてから一週間後にバーグマンはリンドストロームと離婚し、メキシコでロッセリーニと再婚した。1952年6月18日には双子の娘イゾッタ・イングリッドとイザベラが生まれた。しかしながら1957年にバーグマンとロッセリーニは離婚した。翌1958年にバーグマンは富裕なスウェーデン貿易商一家出身の演劇プロモータのラルス・シュミットと結婚したが、この結婚も1975年に破局している。
ロッセリーニとのイタリア時代（1949年 - 1957年）『不安』（1954年）

バーグマンはアメリカ滞在中に目にした、イタリア人映画監督ロベルト・ロッセリーニの2本の映画に深い感銘を受けた。1949年にバーグマンは、自分がいかにロッセリーニの映画を賞賛しているか、いかにロッセリーニ監督作品への出演を望んでいるという内容の手紙をロッセリーニに送った。この縁でバーグマンが主演したロッセリーニ監督作品が、1950年の『ストロンボリ』である。撮影中にバーグマンはロッセリーニに好意を抱くようになった。二人は不倫関係となり、バーグマンはロッセリーニの子供、レナート・ロベルト・ラナルド・ジュスト・ジュゼッペ・ロッセリーニを身篭った[16]:18。

バーグマンとロッセリーニの不倫はアメリカでも大きなスキャンダルとなり、 アメリカ上院議会でも二人の関係が非難されるほどだった。エド・サリヴァンは自身のTV番組エド・サリヴァン・ショウに、聴衆からの出演希望でバーグマンが一位だったにもかかわらず、バーグマンを番組に呼ぼうとはしなかった[17]。しかしながら、エド・サリヴァン・ショウと同じくらいに人気のあったテレビ番組の司会者スティーヴ・アレン (en:Steve Allen) はバーグマンを自身の番組に出演させた。後にアレンは「私生活をもって芸術活動を断罪するかのような危険な賭けだった」と語っている[17]。伝記作家ドナルド・スポートは、バーグマンが演じた役やキャラクターのイメージを壊さないために「高く自身を律していた」と指摘している。『聖メリーの鐘』では修道女を、『ジャンヌ・ダーク』では聖女を演じたバーグマンは後に「人々は私にジャンヌ・ダルクを重ね合わせ、聖女のような人物だと思っていました。