La liaison de Rex Harrison avec la jeune actrice Carole Landis dans le suicide de laquelle il doit avoir été impliqué, provoqua un scandale qui mit fin provisoirement à la carrière hollywoodienne de Lilli Palmer. Le couple Harrison s'installa à New York, où tous connurent le succès à Broadway, entre autres en jouant ensemble dans Bell, Book and Candle (en français : Adorable Voisine)

Carlos Thompson, qui fut le grand amour de sa vie, se suicida quatre ans après sa mort à Buenos Aires.

En Allemagne, elle participa aussi plus tard à des téléfilms et des séries télévisées, comme Der Kommissar, Derrick et Eine Frau bleibt eine Frau (sous le nom de son défunt grand-père elle en écrivit quelques-uns des scénarios)

À côté de son activité d'écrivain, Lilli Palmer était aussi une femme-peintre qui connut un grand succès.

En 1954 Lilli Palmer revint en Allemagne et devint une star du cinéma d'après-guerre. Elle joua entre autres aux côtés de Curd Jürgens et de Romy Schneider. Mais ce n'est pas qu'en Allemagne qu'elle connut le succès - en France, en Grande-Bretagne et aux États-Unis, elle tourna avec des acteurs renommés comme Clark Gable, James Mason, Jean Gabin et Charles Boyer. Pour son talent d'actrice, elle fut récompensée par de nombreux prix, notamment le Filmband in Gold. Elle succomba d'un cancer le 27 janvier 1986 à l'âge de 73 ans à Los Angeles. Elle fut inhumée dans l'intimité. Son époux refusa d'accéder au désir de son fils et de ses belles-filles, désir de la faire transférer en Suisse. Sa mort fit courir des bruits innombrables, entre autres que Lilli Palmer s'était suicidée. La presse à scandale commença à se repaître d'indiscrétions sur sa vie, puis sur celle de Carlos Thompson.

En 1974 paraissaient ses mémoires Dicke Lilli - gutes Kind qui furent un best-seller au niveau mondial (en Français comme Un Bon petit soldat, Paris 1979). D'autres livres à succès furent Der roter Rabe en 1979 (Le Corbeau rouge, Paris 1980; suite de sa première biographie avec une histoire qui avait beaucoup compté dans sa vie : elle y raconte la relation en triangle entre elle-même, son compagnon et sa meilleure amie) ainsi que Umarmen hat seine Zeit (1981; Les Rivages insolites, Paris 1982), Nachtmusik (1984), Um eine Nasenlänge (1984; Dans l'ombre du bonheur, Paris 1985), Eine Frau bleibt eine Frau (1985) et Wenn der Nachtvogel schreit (qui parut en 1988 après sa mort).

1978 - Prix d’honneur - Prix du cinéma Germanique, Allemagne.

1966 - Pour le film : OPÉRATION CROSSBOW - Prix de la meilleure actrice - Festival international du film de San Sebastian, Espagne.

1956 - Pour le film : LE DIABLE EN PERSONNE - Prix D'Or du cinéma germanique - Meilleure interprétation féminine - Allemagne.

1957 - Pour le film : ANASTASIA, LA DERNIÈRE FILLE DU TZAR - Prix D'Or du cinéma germanique - Meilleure interprétation féminine - Allemagne.

1953 - Pour le film : LE CIEL DE LIT - La Coupe Volpi - Meilleure actrice - Festival de Venise en Italie.