De tels rêves contredisent toutefois les projets d'un certain Jim Dougherty, l'homme que Marilyn a épousé en juin 1942. Mobilisé dans le Pacifique, il entend bien que, dès son retour, sa jeune épouse se consacre uniquement à leur foyer, et lui donne vite de beaux enfants. Sans se douter qu'elle préfèrera divorcer plutôt que de renoncer à une activité qui, espère-t-elle, pourrait lui ouvrir les portes du cinéma. Dès l'été 1945, et sans l'accord de Jim, Marilyn se fait engager au sein de l'agence de mannequin Blue Book. Sous la houlette de sa directrice, Emmeline Snively, Marilyn y apprend à s'habiller avec goût, à se maquiller et à poser devant l'objectif. On lui conseille aussi de ne pas ouvrir trop largement la bouche en souriant, car son nez en paraît plus long - leçon qu'elle n'oubliera plus. Et c'est également Emmeline Snively qui obtiendra qu'elle renonce à sa chevelure sombre pour oser peu à peu des teintes toujours plus blondes.

Après David Conover, un autre photographe va jouer en cet automne 1945 un rôle déterminant dans la carrière de Marilyn. Engagé par l'agence Blue Book pour effectuer une série de clichés de la nouvelle recrue, André de Dienes est alors un photographe en vogue. Venu d'Europe centrale, il charme les rédactions par son style si continental. La plus célèbre photo prise par De Dienes à l'époque montre une Marilyn coiffée de nattes et pieds nus, assise sur l'asphalte d'une route californienne. On est encore loin de la vamp des salles obscures, mais l'éclat de la jeune femme est indéniable. De Dienes prendre des centaines de photos de Marilyn, pour lesquelles elle s'essaie à différents styles, de la vaillante randonneuse à la troublante belle des plages, posant parfois dans le plus simple appareil. La brève liaison qui les unit permet aussi à la jeune femme de s'émanciper davantage de son mari qu'elle ne va pas tarder à quitter.

À partir de 1946, Marilyn connaît un joli succès de cover-girl : rien que cette année-là, son effigie fait la une d'une trentaine de magazines. Emmeline Snively, qui s'est bien rendu compte que ses généreuses mensurations ne la destinaient pas aux défilés, l'oriente plutôt vers des publicités ou des couvertures faisant appel à ses atouts de pin-up. Des atouts qu'apprécie également Earl Moran, un illustrateur réputé de calendrier et de magazines destinés au lectorat masculin. Durant plusieurs années, il fera régulièrement appel à celle dont, outre la plastique, il apprécie la fraîcheur et la disponibilité. Moran prend des photos de Marilyn dans des poses volontiers aguichantes, et vêtue du strict minimum, pour ensuite en faire des illustrations. Mais ce type de photo ne gêne pas le moins du monde la jeune femme, qui apprécie ce travail rémunérateur.

Elle l'apprécie d'autant plus que, par ailleurs, les rêves de cinéma tardent à se concrétiser... Marilyn croit pourtant son heure venue lorsque, grâce à Emmeline, elle parvient à passer un bout d'essai pour la Fox, et se voit offrir le modeste contrat réservé aux débutantes. Mais, pendant six mois, elle se contente de poser pour les photographes du service publicité du studio, avant d'apparaître fugitivement dans deux films mineurs, Scudda Hoo, Scudda Hay ! et Dangerous Years. Darryl Zanuck ne renouvellera pas son contrat à la Fox, car il ne croit pas en elle. Pas plus que les patrons de la Columbia, qui se contentent de la distribuer en 1948 dans un petit rôle des Reines du music-hall, sans pour autant l'engager. Pour Marilyn, les portes des studios semblent ne s'être entrouvertes que pour mieux se refermer ensuite…

C'est ainsi qu'au printemps 1949, Marilyn renoue pour des raisons alimentaires avec le métier de pin-up. Après une pub remarquée pour une marque de bière, le photographe Tom Kelley lui propose de poser nue pour un calendrier. La jeune femme accepte sans hésiter, et empoche 50 dollars pour la séance. Une somme bien dérisoire comparée à l'immense publicité qui lui vaudra en 1952 la réédition du fameux calendrier, puis une nouvelle publication l'année suivante du cliché scandaleux dans le tout premier numéro de Playboy... Mais, en 1953, la période playmate de la nouvelle coqueluche de la Fox est bien révolue. En tournant quelques mois plus tard Sept ans de réflexion, Marilyn pourra d'ailleurs mesurer le chemin parcouru depuis ses débuts. Elle y incarne en effet la fille du dessus, mannequin qui après avoir posé pour des nus artistiques, s'enchante naïvement de tourner à présent une pub pour un dentifrice. Mais Marilyn, elle, est devenue une vraie star de cinéma.