En 1940, Olivier y Leigh lograron resolver los problemas legales de sus viejas relaciones, y finalmente contrajeron matrimonio en Santa Barbara, en el estado de California. De ahí se embarcaron al proyecto de montar Romeo y Julieta, en Broadway. La crítica fue dura con la pareja, al ensañarse particularmente con la "voz aniñada" de Vivien. Más tarde, la actriz realizó viajes por el norte de África y actuó para las tropas durante el año de 1943, justo antes de caer enferma y atacada de fiebre. Se le diagnosticó tuberculosis, mal que la aquejaría hasta el día de su muerte en 1967.

Su segundo premio de la academia se debió a su interpretación de Blanche DuBois, al lado de Marlon Brando, en la película de Elia Kazan, Un Tranvía Llamado Deseo. Aunque muchos denostaron su actuación, al final quedaron las palabras de Tennessee Williams, quien reconoció que Vivien había sobrepasado las expectativas que él mismo había fraguado para el personaje. Los años que siguieron estuvieron marcados por largos períodos de furia y depresión. En 1960, después de haber trabado una relación amorosa con el actor Jack Merivale, Vivien se divorció de Laurence Olivier. A pesar de su estado de salud, tuvo algunas apariciones esporádicas en teatro; incluso ganó un premio Tony por mejor actriz en el musical de Broadway, Tovarich.  Finalmente pasó a mejor vida en el año de 1967.

Cuando ganó el óscar por "Lo que el viento se llevó".