Между тем очередной громкий успех мог ожидать Серову через два года после этого - с выходом на экран фильма "Сердца четырех" (1941). Однако он был запрещен к показу 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. После спектакля цветы обычно вручались ей. Так произошло их знакомство. Видимо, потому, что для обоих это был уже второй брак, они не торопились оформить свои отношения официально и несколько лет жили в гражданском браке. Однако на искренности их отношений это абсолютно не сказалось. На долгие годы Серова стала Музой для молодого поэта и прозаика. Самым известным стихотворным посвящением Симонова своей жене стало "Жди меня...", которое появилось в печати зимой 1941 года. В 1943 году на экраны страны 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, пронесенной 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 одной из отдельных палат этого госпиталя лежал будущий Маршал Советского Союза 46-летний Константин Рокоссовский, которого несколько дней назад ранило осколком от снаряда. Серову попросили выступить перед ним, и она не задумываясь вошла в его палату. Так произошло их знакомство, которое внезапно переросло в большое чувство. К актрисе внезапно пришла новая любовь, от которой она буквально потеряла голову. Ради этой любви она готова была бросить все: мужа, театр. Однако в отличие от нее будущий маршал понимал всю зыбкость их отношений. Хотя на фронтовые увлечения полководцев кремлевские руководители смотрели сквозь пальцы, однако этот случай был особенным: в нем в качестве любовницы выступала знаменитая актриса (до этого будущий маршал 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. В случае "Серова - Рокоссовский" дело обстояло иначе. Если Серова официально не была замужем, то командующий имел законную жену и дочь. 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: