第一段婚姻結束後，王學兵與範冰冰開始傳出绯聞，甚至有傳聞稱王學兵和妻子離婚就是因為範冰冰。

2003年11月，王學兵與範冰冰首度合作《福星高照豬八戒》。2004年4月，兩人在《壯志淩雲包青天》中再度合作，飾演情侶，傳出“戲假情真”。兩人的绯聞傳足三年，當時兩人非常甜蜜，還傳言兩人已互相見過家長并且已經同居。還被媒體拍到他們之間的親密舉動，浪漫往事，兩人曾經一同在海南遊泳、青島騎馬、共進晚餐、一起觀球、以及同遊日本。

　　2004年9月，範冰冰在新疆與王學兵及家人共赴家宴。2005年2月17日，王學兵與範冰冰被拍到在海南三亞一酒店的室外遊泳池“鴛鴦戲水”。

　　2005年10月15日下午2時許，範冰冰在青島金沙灘拍攝她的首張專輯MV，王學兵貼心陪伴左右。二人關系親密，并不回避現場其他人。每當一段鏡頭拍完，範冰冰就會以最快的速度回到王學兵身邊，甜蜜說笑舉止親昵，甚至貼面耳語，全然就是熱戀中的情人姿态。

2005年12月30日，王學兵和範冰冰一起在東環廣場“鼎鼎香火鍋”吃飯，整個進餐過程兩人情緒一直相當高漲，當被詢問兩人是否戀愛關系時，仍未得到正面承認，隻是稱“我們談不談戀愛關你什麼事，兩個朋友出來吃頓飯不行啊？”

 2006年2月3日晚，記者目擊到範冰冰挽着王學兵在澀谷街頭出現，兩人先是拿着地圖研究，決定好目的地後王學兵一副非常熟悉的樣子，拉起範冰冰的手帶路。怎知兩人越走越糊塗，一會兒就迷了路，王學兵一下子慌了神，表情慌張地拿起地圖猛翻。旁邊的範冰冰臉色慢慢沉了下來，最後索性命令他尋求路人協助，而王學兵硬着頭皮詢問路人，折騰了老半天，最後才知道一開始就走錯了路，氣得範冰冰當場翻臉，王學兵則猛賠不是。

　　後來兩人分手，但是绯聞一直沒有停息。2007年11月，知情人士透露，王學兵主演《命運呼叫轉移》，是由範冰冰推薦的，拍攝過程中，兩人不但舉止親密，還經常離隊單獨吃飯，大有假戲真做重燃愛火之勢。該消息人士稱，進《命運呼叫轉移》劇組後不久，王學兵和當時女友迅速分手，這些信息，似乎都可以理解為情變。流傳多年的“冰兵戀”傳聞，随着當事人在《命運呼叫轉移》裡扮演一對生死相依的情侶，而再次成為各方關注焦點。

 直到範冰冰有一次再被問及與王學兵的戀情時，範冰冰終于爆出王學兵已經有了新的女友還是圈内人。據知，王學兵是範冰冰唯一公開承認過的男友，而且兩人分手後範冰冰還說過，如果他(王學兵)在今後有任何的狀況出現，我肯定是第一個伸手幫他的人。兩人之間的戀情讓人非常感慨。

　　分手後，王學兵也曾坦言範冰冰太漂亮讓他沒有安全感。據說分手是因為王學兵想要找個賢妻良母型的女人結婚，但是兩人多年的绯聞注定王學兵範冰冰的名字會一直連在一起了。

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