Jabarkan Soraya Esfandiary-Bakhtiari dari Mohammad Reza Pahlavi

Istri keduanya adalah Soraya Esfandiary-Bakhtiari (22 Juni 1932 – 26 Oktober 2001), perempuan berdarah campuran Jerman-Iran dan putri satu-satunya dari Khalil Esfandiary, Duta Besar Iran di Jerman Barat, dengan istrinya yang berkebangsaan Jerman, Eva Karl. Mereka menikah pada 12 Februari 1951, ketika Soraya berusia 18 tahun menurut pengumuman resmi pemerintah, namun ada rumor bahwa ia sebenarnya masih berusia 16 tahun, sementara Syah berusia 32 tahun. Semasa kecil, ia berguru dan diasuh oleh Frau Mantel, dan karenanya kurang memiliki pengetahuan tentang Iran, seperti diakuinya dalam buku memoarnya, "Saya bodoh—saya tidak tahu menahu tentang geografi, legenda, sejarah tentang negeri saya, bahkan tentang agama Islam." Pernikahan kontroversial antara Shah dan Soraya berakhir pada tahun 1958 ketika diketahui bahwa Soraya tidak mungkin memiliki anak (mandul), meskipun sudah diupayakan secara medis. Soraya di kemudian hari mengatakan kepada harian The New York Times bahwa Syah tidak punya pilihan selain menceraikannya, dan bahwa Syah pun berat hati dengan keputusannya tersebut.

Akan tetapi, setelah bercerai, dilaporkan bahwa Syah masih sangat mencintai Soraya, dan dilaporkan bahwa mereka beberapa kali bertemu setelah bercerai dan Soraya hidup makmur, meskipun ia tak pernah menikah lagi setelah itu; tetap menerima gaji bulanan sekitar US$7,000 dari Iran. Setelah kematiannya pada tahun 2001 dalam usia 69 tahun di Paris, sebuah lelang harta peninggalannya mencakup properti lahan di Paris senilai US$ 3 juta, cincin intan 22.37 karat dan sebuah mobil Rolls-Royce tahun 1958.

Mohammad Reza Pahlavi beberapa kali bermaksud menikahi Putri Maria Gabriella dari Savoy, putri dari Raja Italia yang digulingkan, Umberto II. Paus Johannes XXIII dilaporkan memveto keinginan tersebut. Dalam sebuah editorial mengenai rumor di sekitar pernikahan ini "Raja Muslim dan putri Katolik", harian terbitan Vatikan, L'Osservatore Romano, menggambarkan perjodohan ini berbahaya, terutama mengingat bahwa berdasarkan berdasarkan Hukum Kanon 1917, seorang penganut Katolik Roma yang menikahi orang yang sudah pernah bercerai akan otomatis, dan bisa juga secara formal, dikucilkan oleh Gereja Katolik Roma.