В один из августовских дней 1929 года Марлен в очередной раз вышла на сцену театра, чтобы сыграть главную роль в музыкальном спектакле "Два галстука бабочкой". Зал был переполнен, и на одном из мест в партере сидел известный голливудский режиссер Джозеф фон Штернберг (прославился фильмом про гангстеров "Подполье"). Он приехал в Берлин по заданию студии "Парамаунт", чтобы снять на студии УФА картину "Голубой ангел". Большинство актеров на роли в этом фильме были уже определены, не хватало только одной - исполнительницы роли дешевой певички из портового кабака Лолы-Лолы. Больше всего шансов было у известной актрисы Лени Рифеншталь, к кандидатуре которой склонялся и Штернберг. Но, увидев Марлен, он понял, что только она достойна этой роли. Правда, сама актриса почему-то восприняла его интерес к ней без особого энтузиазма. По свидетельству очевидцев, во время их встречи она была сама апатия. Более того, она наврала ему, что снялась всего лишь в трех (!) фильмах (хотя на тот момент их было 17), и все они неудачные и т. д. Но режиссер не изменил своего мнения о ней, поскольку видел ее воочию на сцене.

Работа над фильмом была закончена в начале 1930 года, однако до его выхода в прокат представители "Парамаунта" оценили игру Марлен. Они с ходу предложили ей подписать контракт еще на два фильма, гарантируя гонорар в 1750 долларов в неделю. Марлен согласилась. Тогда же ряд газет выступил с сенсационным предположением, что между Марлен и Штернбергом существует тайный роман. Дескать, именно поэтому жена режиссера так спешно покинула Германию и уехала в Америку. Но сама Марлен в одном из интервью сообщила, что никакого романа не существует - есть только деловые отношения.

26 февраля 1930 года Марлен прибыла в Голливуд. Причем ее не остановило даже то, что она была связана трехгодичным контрактом с театральным режиссером Робертом Кляйном. "Парамаунт" быстро уладил эту проблему, выплатив Кляйну 20 тысяч марок отступных. Кстати, именно такую сумму Марлен получила за роль в "Голубом ангеле", плюс - 5 тысяч марок за английский вариант фильма (последнюю сумму она истратила на покупку роскошной шубы). Пробыв в Америке некоторое время, Марлен затем вернулась на родину, чтобы присутствовать на премьере "Голубого ангела" (1 апреля). Успех Марлен в роли Лолы-Лолы был грандиозным. На следующий день актриса села на пароход "Бремен" и вновь отчалила к берегам Америки.

Марлен поселилась в Нью-Йорке, в отеле "Алгонкин". Но прожила там недолго: Штернберг, как только узнал, что она вовсю позирует фотографам и появляется в ночнах барах, тут же приказал ей "сняться с якоря" и выехать в Нью-Мексико. Там он встретил ее и они вместе отправились в Пасадену. Это подбросило новую порцию поленьев в затухший было скандал вокруг их романа. Чтобы развеять эти слухи, Штернберг сообщил газетчикам, что они с Марлен работают над новым сценарием. Шутники язвили: и ночью? Они пробыли там пару недель, после чего приехали в Голливуд. Штернберг поселил Марлен в квартире напротив собственной. Тогда же состоялось представление Марлен обитателям Голливуда. Ее представили собравшимся как "новую звезду студии "Парамаунт". Когда она вошла в зал, то сразу же подчинила себе всех вокруг. Всех, но не жену Штернберга Ризу Ройс. В течение нескольких дней та стоически терпела в качестве соседки любовницу мужа, после чего не выдержала. 11 мая между супругами произошел грандиозный скандал, во время которого Штернберг силком выгнал жену из дома. То бишь он сам выбрал, с кем остаться. Риза Ройс сразу подала на развод, обвинив мужа в рукоприкладстве.

В июле Штернберг начал работу над новым фильмом с участием Марлен "Марокко".