1974年元日 - 7日、東京・日本劇場で小柳ルミ子とハッピーニューイヤーショーを行う。ゲストは井上順。同年2月1日、「恋人たちの港」発売。同年3月25〜31日、東京・浅草国際劇場で「天地真理ショウ」を行う。同年4月3日、大阪フェスティバルホールにてフォークコンサートを開く。同月5日 - 9月21日放送のTBSテレビ・アニメ『星の子チョビン』（原作：石森章太郎（後の石ノ森章太郎））でナレーターを担当。同年6月1日、「恋と海とTシャツと」発売。また同日、葉山マリーナ第1回天地真理杯ヨットレース開催。同年8月15 - 21日、大阪・梅田コマ劇場でワンマンショーを行う。同年9月1日、「想い出のセレナーデ」発売。同月15日、東京「九段会館」にてライブコンサート開催。同年10月、第1回横浜音楽祭・音楽祭特別賞受賞。同年12月10日、「木枯らしの舗道」発売。
1973年3月、春の選抜高校野球甲子園大会において「虹をわたって」が入場行進曲に選ばれ、天地も同センバツ大会の開会式にゲスト出演した。1973年3月、第10回ゴールデン・アロー賞特別賞(1972年度)受賞。同年4月7日、埼玉県所沢市の西武園ユネスコ村での「若葉のささやき」(3月21日発売)の新曲発表会において、3万人の入場を予定していたイベント「真理ちゃんと3万人のウィークエンド」に、全国から10万人に及ぶファンが集まる。同月29日から上映の松竹映画『愛ってなんだろ』（監督：広瀬襄）に主演（浅見麻里子役）。同年7月1日、「恋する夏の日」発売。同月19 - 27日、急性盲腸炎のため銀座・菊地病院に手術入院。同年8月14〜20日に大阪・梅田コマ劇場で初のワンマンショーを行う。同年10月21日、「空いっぱいの幸せ」発売。同年11月18日、ファンとのイベント「真理ちゃん気球に乗って大空へ」が開催され、5000人が参加。同年12月31日、「若葉のささやき」（編曲：竜崎孝路）が第15回日本レコード大賞編曲賞受賞。さらに同月、第6回日本レコードセールス大賞ゴールデン賞受賞。1973年のブロマイド年間売上枚数が女性部門で1位になる。また、人気アイドルとしてキャラクターグッズ（下敷きなどの文房具やトランプなどの玩具）が多数つくられ、さらにはブリヂストンサイクル工業（現：ブリヂストンサイクル）からは自転車「ドレミまりちゃん」なども発売された。
1971年6月6日、TBS系人気番組『時間ですよ』（第2期・第3期）での銭湯「松の湯」従業員役（川口晶の次のレギュラー）のオーディションを受け、西真澄と一緒に最終審査まで残ったが、合格したのは西真澄であった。しかし、選考時に天地を見た主演の「おかみさん（松野まつ）」こと森光子が彼女の不合格を惜しみ、それまでの台本にない急ごしらえの新登場人物として出演させることを同番組演出の久世光彦らに提案したため、「松の湯の健ちゃん（宮崎健）」こと堺正章がひたすら憧れる「隣のまりちゃん」役（厳密な役名は「マリ」）としてテレビ画面に登場、一躍脚光を浴びた。1971年7月21日の初出演時には、「松の湯」隣家2階の窓辺で白いギターを爪弾きながら「恋は水色」を歌った。同年10月1日にアイドル歌手として「水色の恋」でデビューし大ヒットした。以後、1974年までの間「ちいさな恋」「ひとりじゃないの」「虹をわたって」「ふたりの日曜日」「若葉のささやき」「恋する夏の日」「空いっぱいの幸せ」「恋人たちの港」「恋と海とTシャツと」「想い出のセレナーデ」からなる一連の大ヒット曲を発表する。相前後して、同じく1971年に歌手デビューした南沙織、小柳ルミ子とともに『三人娘』（のち『新三人娘』）と呼ばれた。ヒット曲は主に『森田公一とトップギャラン』で知られる森田公一が手掛けていた。オリコンシングルチャートでは5曲が1位を取っている。70年代初期には天地真理ブームがあった。
内密出産を定める法律の先駆けはスウェーデンに見られ、1778年に定められた嬰児殺防止法が匿名で出産できる権利と手段を認めていた。ただし1856年の法改正で匿名出産には制限が設けられ、助産師が母親の氏名を封印された封筒に保管するよう定められた。フランスにおいては内密出産は1793年に法制化された。この際、フランス民法典326条に内密出産とともに匿名出産が定められた。
1968年、1972年、1976年のオリンピックに出場し、金4・銀2・銅2と合計8個のメダルを獲得した。1976年では100m背泳の銅メダルのみに留まったが、1968年と1972年には100m・200m背泳において金メダルを獲得。これら個人種目に加えて、1968年・1972年の4×100mメドレーリレーで銀、1972年の4×100mフリーリレーで銅メダルを獲得している。1973年、ベオグラードで開かれた第1回世界水泳選手権で100m・200m背泳の初代世界チャンピオンとなった。更に4×100mフリーリレーで銅メダル、4×100mメドレーリレーで銀メダルを獲得した。 2年後の1975年、カリでは100m背泳の世界タイトルを防衛した。1970年（バルセロナ）と1974年（ウィーン）のヨーロッパ水泳選手権では100mm・200m背泳で4つ全てのタイトルを獲得。その他個人ではバルセロナの100m自由形、ウィーンの100mバタフライで銀メダルを獲得。団体としてはバルセロナの4×100mメドレーリレーで金、4×100m・4×200mフリーリレーで銅、ウィーンの4×100mフリーリレーで銅メダルを獲得した。1967年から1971年、1973年、1975年の計7回に亘って東ドイツ年間最優秀スポーツマン賞を受賞した。1981年、国際水泳殿堂入り。東ドイツのドーピング問題は、同国のアスリートが残した業績の大部分に疑念を抱かせた。しかしマッテスは彼の所属していた水泳クラブが政府のシステムに組み込まれるにはあまりに小さなものであった事を明確にし、ドーピングへの関与を全て否定した。