Осенью 1942 года Фёдорова, будучи на выставке американского кино в Москве, познакомилась с корреспондентом американской газеты «Юнайтед пресс» Генри Шапиро. Он ввёл её в круг своих друзей, среди которых оказался заместитель главы морской секции американской военной миссии Джексон Тэйт. Их первая встреча произошла в январе 1945 года на торжественном приёме в особняке на Спиридоновке. На следующий день после приёма Тэйт внезапно пригласил актрису в ресторан «Москва». Так началось их знакомство, которое переросло в любовь.

Эта история породила массу слухов на много лет вперёд. Например, некоторые источники будут утверждать, что актриса, став негласным агентом МГБ, была специально введена в круг американских дипломатов. Однако кураторы Фёдоровой от МГБ, видимо, не учли того, что она была обыкновенной женщиной, которая не смогла устоять перед чарами американского красавца капитана. Видимо, этим объяснялась и последовавшая после знакомства с Тэйтом беременность Фёдоровой. Правда, рождение дочери Виктории (она появилась на свет 18 января 1946 года) отец так и не застал.

После окончания войны американцы из наших союзников превратились во врагов, и связь Фёдоровой с Тэйтом не могла закончиться хеппи-эндом. Даже непонятно, на что она рассчитывала в то время, решив родить от американского дипломата ребёнка. В июле 1945 года актрису внезапно отправили на гастроли в Крым, и в это же время Тэйт получил распоряжение советских властей в течение ближайших сорока восьми часов покинуть пределы СССР. Когда Фёдорова вернулась в Москву, её любимого там уже не было.

Джексон Тэйт получил новое назначение на военно-морскую базу рядом с Сан-Педро в Калифорнии. Он ничего не знал о судьбе Фёдоровой и даже не представлял, что она родила дочь. Влюблённый Тэйт чуть ли не ежемесячно слал в СССР письма и запросы. Но ответа не было. И вот когда он уже потерял всякую надежду что-либо узнать, на его имя внезапно пришло короткое послание, отправленное из Швеции. В нём сообщалось, что Фёдорова вышла замуж за некоего композитора и счастливо растит с ним двоих детей. Подписи под этим письмом не было.

Кто написал это письмо, так до сих пор доподлинно неизвестно. Но доля правды в нём была. Ещё в начале 40-х она познакомилась с композитором Александром Рязановым, стала в его джаз-квартете вокалисткой. Когда вышел указ о наказании матерей-одиночек, Рязанов предложил ей расписаться, но Фёдорова ему отказала, а затем согласилась. Скорее всего она испугалась и хотела скрыть факт рождения ребёнка от иностранца и поспешила выйти замуж за соотечественника. Однако от тюрьмы это её не спасло.

Первые признаки того, что у неё над головой сгущаются тучи, Фёдорова почувствовала ещё в августе 1946 года. Именно тогда она обнаружила, что за нею следят. А в начале зимы того же года, явившись с утра в свой Театр киноактёра, она вдруг заметила, что со стены исчез её портрет. Теперь вместо него висело изображение другой актрисы. Это было плохое предзнаменование. 27 декабря 1946 года, после вечера, проведённого в доме английского журналиста Верта и его жены, Фёдорову арестовали в её квартире на улице Горького. Более полугода она провела во внутренней тюрьме на Лубянке, где её методично подвергали систематическим издевательствам (обливали кипятком, били, не давали спать). Наконец 15 августа 1947 года Фёдорова и ещё шесть человек были приговорены за шпионаж в пользу иностранных государств к 25 годам тюремного заключения. После приговора Фёдорова пыталась повеситься в камере лефортовского тюремного изолятора, однако бдительные надзиратели не позволили ей довести дело до конца. 20 декабря 1947 года из лагеря в Потьме она пишет полное отчаяния письмо Л. Берии, которое завершает словами: «…наказали не меня, а моих маленьких детей, которых у меня на иждивении было четверо: самой маленькой, дочери, два года, а самому старшему, племяннику, десять лет. Я умоляю Вас, многоуважаемый Лаврентий Павлович, спасите меня! Я чувствую себя виноватой за легкомысленный характер и несдержанный язык.