Пока кинодеятели привыкали к нестандартной внешности его протеже, Карло всерьез взялся за обработку своего «неаполитанского алмаза»: под его руководством София заново училась ходить и говорить, шлифовала манеры и осваивала искусство макияжа, читала классическую литературу и посещала актерскую школу. После нескольких эпизодов Софии в 1952 году досталась первая главная роль — в полудокументальном фильме «Африка за морями». Примерно в то же время София получила новое имя: продюсер Гоффредо Ломбардо решил, что «София Ладзаро» звучит слишком по-итальянски, и предложил придумать ей более европейское имя. Его взгляд упал на афишу шведской актрисы Марты Торен — перебирая буквы, он остановился на варианте «Лорен». Позже Софи Лорен не раз говорила: «Все три фамилии, все три ипостаси моей судьбы — это я одна».
Следующие несколько лет София Лорен снималась не переставая — у нее выходили с десяток фильмов в год, и хотя далеко не везде ее роли были заметными, а исполнение — удачным, она постепенно приобретала известность. Первый настоящий успех ждал ее после выхода картины знаменитого режиссера, одного из основателей итальянского неореализма Витторио Де Сики «Золото Неаполя», где София сыграла торговку пиццей — живую, темпераментную, грубоватую девушку из народа, каких София достаточно нагляделась за свою жизнь. Витторио Де Сика научил молодую актрису всему, чему не успел Понти: «Он не только мой первый великий режиссер, не только актер, перед которым я преклоняюсь, — признавалась София. — Де Сика для меня гораздо больше: это мой отец, мой учитель, мой наставник. За внешностью просто красивой девушки он разглядел мой талант, научил меня работать, он создал Софи Лорен! При всем желании я не могла бы найти другого человека, который так много сделал бы для меня в начале карьеры». Позже Де Сика еще не раз будет работать с Софией: по контракту, который заключил с ним Понти, он был обязан ежегодно снимать по одному фильму с Лорен. Среди их совместных шедевров — бессмертные ленты «Вчера, сегодня, завтра», «Брак по-итальянски», «Затворники Альтоны»… В том же 1954 году Лорен впервые встретилась на съемочной площадке с Марчелло Мастроянни — это случилось на съемках фильма «Жаль, что ты такая каналья». Именно там родился один из наиболее знаменитых кинодуэтов, к радости зрителей просуществовавший на экране сорок лет.
К 1955 году София Лорен уже была безоговорочно признана одной из главных звезд итальянского кино, наряду с такими знаменитыми актрисами, как Анна Маньяни, Джина Лоллобриджида и Сильвана Мангано. Ее фотографии украшали обложки европейских журналов, а фильмы шли даже в Америке. Впрочем, были у известности и плохие стороны: в жизнь Софии попытался вернуться ее отец, ранее не желавший и слышать о незаконной дочери. Он старался наладить с Софией отношения, а получив решительный отказ, потребовал круглую сумму за согласие признать Марию. София заплатила, но впредь отказалась пускать блудного отца на порог.
В 1956 году на восходящую итальянскую звезду обратил внимание Голливуд: Лорен предложили роль в фильме Стэнли Крамера «Гордость и страсть», где ее партнерами должны были стать Кэри Грант и Фрэнк Синатра. «Когда я услышала имена моих коллег по фильму, я чуть не потеряла сознание, — признавалась София. — Я, маленькая София Шиколоне, должна была играть бок о бок с этими двумя романтическими героями моих детских снов!» По слухам, Грант был настолько впечатлен прелестями юной итальянки, что ежедневно присылал ей букет роз, а в конце съемок даже сделал предложение. Говорят, София поощряла его флирт с одной-единственной целью — вызвать ревность Карло. Их отношения уже давно переросли из деловых в любовные, но Карло не мог сделать Софии предложение: он был женат, а по тогдашним итальянским законам развод был невозможен. Вместо обручального кольца Карло дарил своей Софии драгоценности, роли и мировую славу. Несомненно, зная обо всех обстоятельствах, Грант продолжал ухаживать за Софией: когда София снималась в картине «Любовь под вязами» по пьесе Юджина О’Нила, где ее партнером был знаменитый Энтони Перкинс, Грант по-прежнему продолжал засыпать ее гримерку цветами, несмотря на явное неудовольствие Понти. К тому же по контракту в следующем фильме Лорен и Грант снова должны были играть вместе. В итоге нервы у Понти не выдержали. Отправившись в Мексику, он в первом попавшемся суде расторг свой брак и в Мексике же 18 сентября 1957 года по доверенности женился на Софии Лорен. По иронии судьбы, в те же дни для картины «Семейная лодка» снимали сцены свадьбы героев Софи Лорен и Гранта.
Едва в Италии узнали о браке актрисы и Карло Понти, на них обоих обрушился весь гнев всесильной католической церкви: Понти называли двоеженцем и растлителем, а Софию — блудницей. «Гражданский развод и гражданский брак являются незаконными действиями и не имеют никаких юридических обоснований ни перед Богом, ни перед церковью. Те, кто идет на это, являются грешниками», — писали официальные газеты. По всей Италии священники призывали бойкотировать фильмы Лорен и Понти, официальные власти грозили молодоженам тюрьмой, если они посмеют вернуться в страну. Опасаясь преследований, пара поселилась в швейцарском городке Бюргеншток. Лорен продолжала много сниматься, благо разразившийся скандал лишь подогрел интерес к прекрасной итальянке. Ее голливудские фильмы, особенно «Любовь под вязами» и «Черная орхидея», пользовались огромным успехом по всему миру, получив множество наград и собрав приличную кассу.
За несколько следующих лет она сыграла со всеми звездами Голливуда — от Кларка Гейбла и Пола Ньюмана до Грегори Пека и Энтони Куинна. Снималась так много, принимая все без исключения предложения, что критика почти перестала принимать ее всерьез. Ее репутацию снова спас верный Де Сика, предложив ей роль в антифашистском фильме «Чочара» (или «Две женщины») по роману Альберто Моравиа. Первоначально планировалось, что главную роль сыграет Анна Маньяни, а Лорен достанется роль ее дочери. Однако Маньяни отказалась: «Как я могу быть матерью такой оглобли?» — будто бы заявила она режиссеру. И мать сыграла сама Лорен. Ее глубокое, удивительно точное, полное силы и скрытой страсти исполнение роли Чезиры вызвало восторг и публики, и критики. За эту роль София Лорен была даже удостоена премии «Оскар» за лучшее исполнение главной женской роли, обойдя Одри Хепберн, номинированную за «Завтрак у Тиффани». Это был первый случай в истории, когда награду получила актриса, сыгравшая в неанглоязычном фильме!
Радость Софии омрачало лишь то, что ее по-прежнему не признавали на родине — никто из официальных лиц даже не поздравил ее с «Оскаром». К тому же им вместе с Карло пришлось давать объяснения в суде по поводу их брака — в итоге, чтобы избежать обвинения в двоеженстве и тюрьмы, Понти заявил, что брак был недействительным. Хотя после аннулирования брака Понти и Лорен смогли вернуться в Италию, им по-прежнему было нельзя жить вместе — они снимали жилье под вымышленными именами, а на все приемы приходили и уходили врозь.
