Свой день рождения Серова всегда отмечала не 23 декабря, а 23 февраля – в День Советской Армии. И ее первым мужем в 1938 г. стал военный – прославленный летчик-испытатель, герой гражданской войны в Испании, сталинский комбриг Анатолий Серов. Их совместная жизнь продлилась недолго. В мае 1939 года при совершении испытательных полетов на «УЧИ-4» Серов разбился. А в августе того же года Серова родила сына, которого в честь погибшего отца назвали Анатолием.

В том печальном 1939 году Серова стала знаменитой. На экраны вышел фильм «Девушка с характером», где она сыграла центральную роль. Как вспоминала позднее актриса Л. Пашкова: «Кинотеатры, где демонстрировался фильм „Девушка с характером“, брались штурмом, в театры на ее спектакли невозможно было достать билеты…»

В декабре того же года Серова была приглашена в Кремль, где торжественно отмечалось 60-летие И. Сталина. Для 22-летней актрисы это было знаменательное событие. Она стремительно ворвалась в кинематограф, и нельзя сказать, что чувствовала она себя там неуверенно.

Очередной громкий успех мог ожидать Серову и с выходом на экран фильма «Сердца четырех» (1941). Но он был запрещен как «низкопробный и идеологически пустой», и его премьера состоялась только в конце войны – в январе 1945 года.

Однажды в 1940 году на спектакль ТРАМа «Зыковы» по пьесе М. Горького, в котором Серова играла роль Павлы, пришел 25-летний Константин Симонов. Молодая актриса произвела на него такое впечатление, что в течение нескольких недель он приходил на каждый ее спектакль и неизменно садился в первый ряд с букетом цветов для нее. Так произошло их знакомство. Они не торопились оформить свои отношения официально и несколько лет жили в гражданском браке. На долгие годы Серова стала Музой молодого поэта. Самым известным посвящением Симонова жене стало стихотворение «Жди меня…», которое появилось в печати зимой 1941 года. В 1943 году на экраны вышел фильм с тем же названием, сценарий которого написал Симонов. В главной роли (жены летчика Лизы Ермоловой), естественно, снялась Серова. Фильм рассказывал о верности в любви и дружбе, пронесенных сквозь суровые испытания войны.

Между тем реальная жизнь Серовой была несколько иной, чем у ее экранных героинь. По словам Марии Симоновой (ее дочери): «Она не умела ждать, хотя „Жди меня“ было написано только для нее. И последняя строка „Просто ты умела ждать, как никто другой“ была не вызывающим сомнения утверждением для тысяч чужих женщин. Для автора это было убеждением самого себя прежде всего в том, во что он хотел верить и верил с присущим ему упрямством».

Ранней весной 1942 года Серова в составе концертной бригады выступала перед пациентами госпиталя, который находился в стенах Тимирязевской сельскохозяйственной академии в Москве. В отдельной палате лежал будущий Маршал Советского Союза 46-летний Константин Рокоссовский, которого ранило осколком снаряда. Серову попросили выступить перед ним, и она не раздумывая вошла в его палату. Так произошло их знакомство, которое переросло в большое чувство. К актрисе пришла новая любовь, от которой она потеряла голову. Ради нее она готова была бросить все: мужа, театр. В отличие от нее будущий маршал понимал всю зыбкость их отношений. Хотя на фронтовые увлечения полководцев кремлевские руководители смотрели сквозь пальцы, этот случай был особенным: в нем в качестве любовницы выступала знаменитая актриса (до этого Рокоссовский встречался с роскошной блондинкой, врачом-хирургом, да еще майором по званию). В другом подобном случае актриса Алла Тарасова полюбила на фронте генерал-майора Александра Пронина, и их связь в 1945 году привела к свадьбе. Здесь дело обстояло иначе. Командующий имел жену и дочь, и поэтому было ясно изначально, что их отношения ни во что серьезное вылиться так и не смогут. Видимо, поэтому в 1943 году Серова решилась наконец официально зарегистрировать свой брак с Симоновым. Однако даже после этого ее отношения с Рокоссовским продолжались еще какое-то время. Вот что рассказывает об этом актриса И. Макарова: