24 maja 1950 ożenił się z aktorką Ingrid Bergman, z którą pracował przy filmie Stromboli, ziemia Boga. Małżeństwo to zawarte zostało w atmosferze obyczajowego skandalu, gdyż Bergman porzuciła dla włoskiego reżysera swojego ówczesnego męża, za co spotkał ją ostracyzm w Hollywood. Przez następne lata była zmuszona pracować w Europie, w tym czasie grała przede wszystkim w kolejnych filmach Rosselliniego: Stromboli, ziemia Boga (1951), Europa ’51 (1952) i Podróż do Włoch (1953). Para miała razem troje dzieci, syna Robertina oraz córki-bliźniaczki, Isottę i Isabellę.
Lata 50. to okres płodny, ale jednocześnie i bardzo nierówny w twórczości reżysera. Rossellini stopniowo tracił wtedy renomę wśród krytyki i publiczności. Odzyskał ją chwilowo dopiero pod koniec dekady, czego potwierdzeniem był Złoty Lew na 20. MFF w Wenecji za film Generał della Rovere (1959) z Vittoriem De Siką w roli tytułowej. Jednak jego kolejne dokonania znów rozczarowywały.
Od połowy lat 60. kręcił głównie filmy biograficzne i historyczne dla włoskiej telewizji. W 1969 został kierownikiem słynnej rzymskiej szkoły filmowej Centro sperimentale di cinematografia.
W 1977 przewodniczył jury konkursu głównego na 30. MFF w Cannes.