W 2008 roku zagrała pierwszoplanową rolę w produkcji amerykańsko-polskiej Mała wielka miłość, w którym partnerował jej Joshua Leonard. Następnie rozpoczęła pracę na planie filmu Upperdog (2009), w którym wcieliła się w postać Marii, Polki, która postanawia połączyć rozdzielone przed laty rodzeństwo. Za rolę w tym filmie otrzymała w 2010 roku nagrodę Amanda dla najlepszej aktorki pierwszoplanowej oraz została nominowana do nagrody Kanon, przyznawanej podczas Międzynarodowego Festiwalu Filmowego Kosmorama w Trondheim. W 2010 roku wystąpiła również w filmie Jana Jakuba Kolskiego Wenecja oraz w pierwszym tryptyku Macieja Ślesickiego Trzy minuty. 21:37, za którego otrzymała Złotego Lwa za drugoplanową rolę kobiecą podczas Festiwalu Polskich Filmów Fabularnych w Gdyni. W 2010 roku wystąpiła również w filmie koprodukcji belgijsko-polskiej Stepy w reżyserii Vanji d’ Alcantary. Grochowska wcieliła się w postać Niny, żony polskiego oficera, która zostaje zesłana wraz ze swoim maleńkim dzieckiem w głąb stepów Azji Centralnej, do pracy w sowchozie. Gdy dziecko zaczyna chorować, zdesperowana matka ucieka w poszukiwaniu lekarstwa. Za tę rolę otrzymała nagrodę dla najlepszej aktorki na Festiwalu Filmów w Ostendzie w 2011 roku. Obraz został również zakwalifikowany do konkursu głównego 63.