Одно время Фэй даже собиралась выйти за Мастроянни замуж и создать с ним настоящую семью, но так и не дождалась его развода с женой.
Сам же Мастроянни спустя четверть века после этих событий признавался, что этот роман «почти разрушил меня. Я любил Фэй, любил очень сильно и знал, что она тоже меня любит. Все закончилось болезненно, и после этого мы не разговаривали. Я в своей жизни любил трех или четырех женщин и со всеми расставался дружески, а с некоторыми и сейчас поддерживаю дружеские отношения. Только с Фэй Данауэй получилось иначе, и я больше не хотел ее видеть».
Собственно, Марчелло Мастроянни был постоянен только в собственном непостоянстве. Он не пытался строго судить поступки других и не особенно задумывался о последствиях своих поступков для тех, кто был с ним связан. Разумеется, и здесь были свои исключения, как, например, в случае со знаменитой французской актрисой Катрин Денев. Она так поразила Марчелло своей красотой и экстравагантностью, что он, как признавался позже, сразу же пришел к мысли, что «это и есть идеальная женщина». Несколько раз они встречались на съемках, но окончательно все разрешилось во время совместной поездки в Париж, где Марчелло и Катрин участвовали в съемках фильма «Это случается только с другими».
Страсть Марчелло к этой красавице, которую все характеризировали как неприступную и холодную, не знала границ. Это был единственный раз в жизни Мастроянни, когда он умолял жену о разводе: «Флора, отпусти меня, я не могу без нее жить». Три года беспрерывных поездок из Рима в Париж и обратно закончились тем, что Марчелло решил обосноваться во Франции — рядом со своей возлюбленной. Но его предложение о замужестве Катрин Денев отвергла, и ничто не могло повлиять на ее решение. «Когда Катрин бросила меня, я пошел к Феллини за утешением, хотелось, чтобы он мне посочувствовал. Да, да, все меня считают кем-то вроде Казановы, а меня дважды бросили. Но я не ною: такие коллизии тоже часть любви…» Еще одной частью этой любви стала Кьяра-Шарлотта — дочь Катрин и Марчелло, которая родилась в мае 1972 г.
Снявшись после этого вместе в нескольких картинах, Катрин и Марчелло расстались, причем для него это был мучительный, тяжелый разрыв, приведший к отъезду из Франции и даже к длительному запою. Позже он с горечью говорил журналистам: «Когда я впервые встретил Денев, я был убежден, что она и есть мой идеал. Потом я узнал ее получше и понял, что это совсем не так. Она — просто Катрин Денев, мать моей дочери Кьяры».
Пережив серьезную депрессию, Мастроянни снова вернулся в кино и даже снялся вместе с женой Карабеллой в фильме «Лунатики и влюбленные». Неизбежное общение на съемках привело к заметному примирению этой супружеской пары.