Mais sa véritable percée professionnelle a lieu en 1961 avec Divorce à l'italienne de Pietro Germi où elle tient le rôle de l’épouse de Marcello Mastroianni[3]. Pour la première fois, elle n'est pas choisie pour son physique mais pour ses qualités d'actrice : transformée par un maquillage qui la rend méconnaissable, elle réalise une grande performance qui la consacre comme vedette internationale et lui vaut une nomination comme meilleure actrice étrangère aux Bafta. C'est également sur le tournage du film que débute sa liaison amoureuse avec le réalisateur Pietro Germi, qui contribue à ébranler profondément son psychisme fragile. Perturbée par sa liaison avec Germi, à cause de laquelle elle fera plusieurs tentatives de suicide, Rocca décide de tourner un film, Il peso del corpo, dont elle veut être la réalisatrice, la productrice et l'actrice principale : un projet déconcertant qui la conduira à dilapider tous ses biens[4].
Après 1967, des troubles graves la contraignent à être suivie dans une maison de soins pour malades mentaux mettant fin à sa carrière. En 1977, Marco Bellocchio, réalisateur attiré par l'analyse des aspects pathologiques de la psyché, la rappelle pour jouer son propre rôle dans le film La macchina cinema tourné avec Silvano Agosti.
Pendant sa longue convalescence, Rocca écrit des poèmes, dont certains (Poeta sono, Una suora, È estate, Strade di Roma, Alla mia donna) ont été enregistrés sur disque par le chanteur Armando Stula(it), et des romans, dont Chiamatemi per le lune, qui sont presque introuvables. Selon le journaliste palermitain Franz Maria d'Asaro(it) dans son essai C'era una volta la Sicilia, publié par les Edizioni Thule en 1979, l'actrice aurait passé ses dernières années à Rome, travaillant dans un salon de coiffure pour femmes et enfants, Via Arduino 3, près de la Piazza Bologna.
Elle est décédée le , dans une maison de retraite de Milo, en raison de l'aggravation de son état de santé[6].