1936年的秋天，周璇和作曲家严华正式订婚。1938年7月10日，周璇和严华在北平春园饭店举行了婚礼。周璇与严华的婚姻只维持了三年，因为绯闻双方都怀疑对方有了外遇，几番吵闹后周璇甚至离家出走。1941年，周璇与严华离婚 。与严华离婚后，周璇再也没有结过婚。周璇第二段公开的恋情是与绸布商人朱怀德的同居。有一种说法是朱怀德以甜言蜜语欺骗了周璇，骗取了周璇的感情和部分财产。1950年，带着身孕的周璇回到上海后，便在报纸上发表声明，和朱怀德脱离同居关系；年底，周璇的大儿子周民出生 。
周璇第三位公开的恋人是从事美工工作的唐棣。1952年5月，周璇准备与美术教师唐棣结婚，唐棣却被静安区人民法院以诈骗与诱奸的罪名判处有期徒刑三年；同年周璇的二儿子周伟出生 。
1951年4月，周璇应大光明影业公司的邀请担任了电影《和平鸽》的女主角，但是影片拍摄期间她因突发精神病而被送入上海虹桥疗养院。1957年7月，她因为急性的脑部感染而入院治疗 ；9月22日，周璇因脑炎在上海去世 。