Вскоре последовал бурный роман. Молодому поэту нравилось, что перед ним была дама, женщина другого круга — элегантная, умная, воспитанная, до конца непознаваемая, с прекрасными манерами, интересными знакомыми и лишенная всяких предрассудков. Когда ей хотелось, то «светскость» она приглушала ироничной богемностью: и эксцентричными клетчатыми чулками, и расписной шалью с лисьим хвостом, и варварскими украшениями — смотря по настроению. Лиля же была спокойнее по отношению к Маяковскому и умела держать его на расстоянии, от которого он сходил с ума. Она любила его, но не без памяти. Он скоро стал звать ее Лилей и на «ты», а она долго обращалась к нему на «вы» и звала по имени и отчеству, соблюдая «пафос дистанции». Она была то нежна с ним, то отчужденна и холодна, и Маяковскому казалось, что Лиля околдовала его, вселила в него безумие. Возможно, Лиля все же надеялась наладить жизнь с любимым мужем Осей, которая «рас-пол-злась» не по ее желанию. Лиля Юрьевна писала на полях одной из рукописей: «Физически О.М. не был моим мужем с 1916 г., а В.В. — с 1925 г.». Осип Брик был при Лиле Юрьевне чем-то вроде старшей подруги, всегда умиленной и снисходительной. По какой-то причине его устраивала эта роль. По-видимому, после нескольких лет любви Маяковскому отводилась сходная роль. Несмотря ни на что, Лиля любила Осипа. Трагедия двух людей из «треугольника» заключалась в том, что Лиля Юрьевна любила Брика, но он не любил ее. А Владимир Владимирович любил Лилю, которая не могла любить никого, кроме Осипа Максимовича. Всю жизнь она любила человека, физически равнодушного к ней. К жене Осипа привязывало совсем другое. По собственному признанию Брика, его восхищала в ней безумная жажда жизни, он нуждался в ее редкой способности превращать будни в праздник. Кроме того, Осипа с Лилей объединяла и общая страсть: оба они увлеченно коллекционировали таланты, безошибочно чувствуя в человеке Божий дар. Супруги Брик действительно понимали друг друга. До самого конца. Их союз оборвется лишь в 1947 году, со смертью Осипа. Фаина Раневская в воспоминаниях пишет: «Вчера была Лиля Брик, принесла «Избранное» Маяковского и его любительскую фотографию. Говорила о своей любви к покойному… Брику. И сказала, что отказалась бы от всего, что было в ее жизни, только бы не потерять Осю. Я спросила: «Отказались бы и от Маяковского?» Она не задумываясь ответила: «Да, отказалась бы и от Маяковского, мне надо было быть только с Осей». Бедный, она не очень-то любила его. Мне хотелось плакать от жалости к Маяковскому и даже физически заболело сердце».
Втроем они жили во всех квартирах в Москве, на даче в Пушкине. Одно время снимали домик в Сокольниках и жили там зимой. У поэта была небольшая комната в коммуналке на Лубянской площади, куда он мог уединяться для работы. Втроем с 1926 по 1930 год — последние четыре года — Маяковский и Брики жили в крохотной квартирке в Гендриковом переулке на Таганке.
Любовь Маяковского и Лили Юрьевны была непростой. На рубеже 1922 и 1923 годов Маяковский написал поэму «Про это» — про любовь, пронзительный крик о «смертельной любви поединке». В этот момент они с Лилей решили попробовать разорвать отношения и не видеться ровно три месяца. В день, когда закончился этот срок, Маяковский прочитал поэму ей. Лиля была счастлива. Она вновь испытывала это упоительное чувство — быть музой гения; чувство, которое ей не мог дать ни один любовный роман. Когда Осип услышал поэму, он воскликнул: «Я же говорил!» Пока Маяковский томился в своем «одиночном заключении» и писал, Брик часто повторял Лиле, ссылаясь на проверенный веками опыт: именно любовные терзания, а отнюдь не счастье дают толчок к созданию величайших произведений искусства.
1924 год был переломным в развитии отношений между Лилей Юрьевной и Маяковским. Между ней и председателем Промбанка и заместителем Наркомфина Краснощековым начался роман, о котором знал Маяковский. За Краснощековым следовали все новые и новые увлечения: Асаф Мессерер, Фернан Леже, Юрий Тынянов, Лев Кулешов. Для Лили крутить романы с близкими друзьями было так же естественно, как дышать. Приятное разнообразие в ее жизнь вносили и регулярные поездки в Европу. В Лилиной гостиной едва ли не ежевечерне пили чай всесильный чекист Яков Агранов и Михаил Горб, крупный начальник из ОГПУ. Поговаривали, что Агранов, приставленный властями приглядывать за творческой интеллигенцией, входил в число Лилиных любовников. Поэтому с разрешениями на выезды за границу у Бриков и Маяковского проблем не было. «Разве мы не договаривались, Володечка, что днем каждый из нас делает что ему заблагорассудится и только ночью мы все трое собираемся под общей крышей? По какому праву ты вмешиваешься в мою дневную жизнь?!» — такова была позиция Лили Брик.