В середине 60-х, во время гастролей Дитрих в Австралии, она закрутила роман с молодым журналистом Хью Карноу. Тот был женат, имел трех детей, однако это не помешало ему бросить семью и устремиться за своей любовницей в Париж, где они собирались вместе работать над мемуарами Марлен, а заодно и заниматься любовью. По словам Карноу, секс с Марлен его угнетал, поскольку она не давала ему никакой свободы, делая так, как ей хочется. "Она не пускала меня наверх", - честно признался он позднее. Кроме этого, его выводила из себя одежка любовницы: чтобы сохранить фигуру стройной, Марлен заворачивалась в бинты, как египетская мумия, и любовнику приходилось много времени тратить на то, чтобы ее размотать. После Карноу место рядом с Марлен заняла бывшая олимпийская чемпионка по теннису Джинетт Вашон.
В последующие годы Марлен играла в театре, изредка снималась на телевидении (в 1972 году по ТВ было показано шоу с ее участием "Желаю тебе любви). В кино она снялась еще однажды - в 1977 году, в фильме "Прекрасный жиголо - бедный жиголо". За год до этого из жизни ушел муж Марлен Руди Зибер. Она похоронила его на кладбище "Голливуд Мемориал Парк", рядом с могилой Тамары Матуль.
В 1983 году имя Марлен Дитрих вновь привлекло внимание зрителей, когда на экраны вышла полнометражная документальная лента Максимилиана Шелла "Марлен". Почти через десять лет после его выхода на экран - 6 мая 1992 года - Марлен Дитрих умерла. Это случилось в Париже, в ее квартире на авеню Монтень неподалеку от старой квартиры Жана Габена. Свое последнее пристанище актриса нашла у себя на родине в Берлине.