Актриса вспоминает: «Этого человека я очень любила. Термос ему носила на съемки. Меня восхищала его одержимость. Когда мужчина любит свое дело и выкладывается, его не ревнуешь к этому делу... Но вот он... Он ревновал меня к моей внешности, нервно реагировал на робкие успехи в кино и театре. Вы не поверите, но он любил мрачно приговаривать: "Когда же ты постареешь, когда тебе будет наконец тридцать лет..."
Я очень долго не решалась расстаться с Басовым, он душу мою привязал к себе, но так меня мучил в последнее время, что я на это скрепя сердце пошла... Он же и после развода не успокоился, бегал по киностудии, хлопотал, чтобы меня больше не снимали... И при этом сына своего не видел целых десять лет, хотя мы и жили на одной улице...»
Загруженность Натальи Фатеевой в кино и необходимость воспитания сына привели к невозможности работы в театре Ермоловой, и в 1961 году актриса вновь вернулась в Театр-студию киноактера, где впоследствии проработала много лет. Тем временем режиссеры обратили внимание на молодую актрису, посыпались предложения.
Правда, приглашали Фатееву в традиционные советские фильмы, как принято говорить – репертуарные, отличавшиеся общим средним уровнем. Красотой и талантом Натальи Фатеевой режиссеры попросту прикрывали слабость драматургии. Актриса все это прекрасно понимала, но вынуждена была сниматься, отказывая лишь в тех случаях, если материал казался ей неприемлемым по этическим соображением.
Между тем неудача не обескуражила Фатееву. «В нашей профессии главное - ждать!» - повторяла она про себя и ждала лучшей роли. И дождалась. В 1962 году режиссер Генрих Оганесян пригласил ее на одну из главных ролей - Зои - в картину «Три плюс два». Дуэту двух самых красивых актрис советского кино (причем обе- Наташи) - Фатеевой и Кустинской в этом фильме противостояло трио обаятельных мужчин - Г. Нилов, Е. Жариков и А. Миронов. Во время съемок фильма между Натальей Фатеевой и Андреем Мироновым вспыхнул роман.
Актриса признавалась: «С Андреем мы очень подружились. Он был именно хорошим другом, были долгие и теплые отношения, после тяжелого разрыва с Басовым он мою душу очень отогрел. Вот Андрюша, хоть и не имел тогда такого богатства, опыта душевного, - с ним было очень хорошо, он интеллигент настоящий, прекрасный сын своих родителей, я ему за многое благодарна...»
А вот, что рассказывала мама Андрея, актриса Мария Миронова: «Когда они расстались, он страдал. Эпистолярный жанр почти исчез в наши дни - и Андрей тоже в основном звонил мне. Но иногда и писал. Почти все его письма относятся к периоду любви и расставания с Наташей. Он писал о своих чувствах к ней. И как писал... Я до сих пор отношусь к этой женщине с огромной нежностью...»
После выхода фильма все его герои стали мгновенно популярны. Особенно полюбились зрителям две красавицы, две Наташи – Фатеева и Кустинская. Всем казалось, что подружки по фильму, они являются подругами и в жизни. На самом деле некоторое время они поддерживали дружеские отношения, но продолжалось это недолго. Причиной стал мужчина…
Наталья Фатеева никогда не испытывала недостатка от внимания мужчин. В середине 60-х, когда фильмы с ее участием выходили один за другим, она была особенно популярна. По ее же словам: «Бывало, на фестивале танцуешь с замминистра, и он шепчет в ухо: «Я тебе все-все сделаю, все куплю, ни в чем нуждаться не будешь...» А я притворяюсь глухой...» Отказывая многочисленным поклонникам, Наталья внезапно увлеклась сама. Ее избранником стал летчик-космонавт, 30-летний Борис Егоров.
В октябре 1964 года он совершил полет в космос на корабле «Восход» и получил за это звание Героя Советского Союза. С Егоровым Фатеева познакомилась случайно на вечеринке у подруги. Красивый, умный, настоящий герой того времени, он сразу же вскружил голову Наталье. То, что Егоров уже был женат, не стало для нее преградой. Вскоре Борис развелся и женился на Фатеевой. А в 1969 году у них родилась дочка, которую назвали Наташей.