La maladie de Pauline est considérée comme incurable, mais elle veut se rendre à Mugnano, en Italie, même si le voyage est difficile, voire fou, compte tenu de la gravité de son état. Paolina a un grave problème cardiaque qui se manifeste par des palpitations ; elle ne peut pas manger et doit faire très attention à ne pas s'étouffer. Elle a un moment de répit à la fin d'une neuvaine à Sainte Philomène et, bien que gravement malade, elle projette de se rendre à Mugnano pour visiter le tombeau de Sainte Philomène, en passant par Paray-le-Monial et Rome pour recevoir la bénédiction du Pape.
Une mystérieuse attirance pousse Pauline vers le tombeau de Philomène, considérée comme une martyre, mais comment exprimer ce désir et surtout comment s'y rendre depuis Lugnano.
Mais comment exprimer ce désir et surtout comment s'y rendre depuis Lyon, car elle est si malade qu'elle ne peut plus supporter le moindre choc?

A Rome, elle est accueillie à la Trinité des Monts par ses amies, les Sœurs du Sacré-Cœur. Devant son extrême faiblesse, Grégoire XVI l'honore d'une visite. Voyant Pauline agoniser à Rome, le pape Grégoire XVI se recommande à ses prières "dès qu'elle sera au ciel". Pauline lui répond : "Oui, Très Saint Père,
je vous le promets. Mais si, à mon retour de Mugnano, je me rendais au Vatican, Votre Sainteté daignerait-elle procéder sans tarder à l'examen définitif de la cause de sainte Philomène ? Et le pape de répondre : "Oui, oui, mon enfant, car il s'agirait alors d'un miracle de premier ordre" !

Le pape promet tout, certain de ne pas avoir à l'accomplir : il dit alors en italien à la supérieure, appartenant sans doute aux Sœurs du Sacré-Cœur de la Trinité des Monts, les amies de Pauline : " Elle semble sortie de la tombe. Elle ne reviendra pas" (Catherine Masson, Pauline Jaricot, op. cit., p. 314).
Pauline Jaricot arrive à Mugnano le 8 août 1835, deux jours avant la fête de sainte Philomène. Malgré d'atroces souffrances, elle est accueillie avec joie comme fondatrice de la Propagation de la Foi et du Rosaire Vivant. de la Foi et du Rosaire Vivant.

Pauline prie pendant trois jours, assise sur une chaise, devant le corps de sainte Philomène.

De retour de Mugnano à Rome, Pauline se présente au Vatican. Le pape n'en croit pas ses yeux. Il demande à Pauline de marcher de long en large, en remerciant Dieu d'avoir fait des merveilles pour elle. "Pauline demande alors au pape d'exaucer son vœu et d'ériger une chapelle à Sainte Philomène. "Oui, ma fille, lui répond-il, nous tâcherons de solliciter l'étude de sa cause" et autorise son culte le 30 janvier 1837" (Catherine Masson, Pauline Jaricot, op. cit., p. 316). 

Grégoire XVI retient Pauline à Rome pendant près d'un an afin de vérifier le miracle en sa faveur. 

Pendant son séjour à Rome, Pauline a plusieurs entretiens avec Grégoire XVI, presque toujours présidés par le cardinal Luigi Lambruschini (ancien nonce à Paris, devenu cardinal le 30 septembre 1831 et Secrétaire d'État en 1838, qui obtint du pape Grégoire XVI l'approbation solennelle du Rosaire vivant), au cours desquels ils parlent souvent des épreuves que traverse l'Église et des dangers qui menacent la France. 

Pauline profite de son séjour pour visiter Rome et le Vatican, mais aussi pour écrire des textes, en particulier son autobiographie. C'est à cette époque que le Rosaire vivant est affilié à l'Ordre dominicain (Catherine Masson, Pauline Jaricot, op. cit., p. 317).

Partie de Rome le 25 mai 1836 pour Florence et Bologne, en passant par Lorette, Pauline promet de revenir. Son retour à Lyon est salué comme un miracle et elle reprend son travail. "Pauline, âgée de 37 ans, retrouve la santé "avec sa physionomie intelligente, empreinte de douceur, ses grands yeux spiritualisés par la flamme des effusions extatiques". écrit David Lathoud, mais aussi avec "son bonnet, le manteau noir de son court manteau de pèlerin, l'euculogie à la main, on pouvait facilement la prendre pour une religieuse" (Catherine Masson, Pauline Jaricot, op. cit., p. 317).

Dans la maison de Lorette, Pauline charge l'abbé Rousselon de faire ériger une chapelle à Sainte Philomène, en remerciement de sa guérison sur le tombeau de la sainte. Celle-ci est bientôt érigée près du coteau Saint-Barthélemy : une petite chapelle d'une vingtaine de places, construite par l'architecte Antoine Chenavard (1787-1883) et reproduisant en miniature l'église de Mugnano. Elle fut inaugurée en novembre 1839. Les pèlerins pouvaient s'y rendre à tout moment pour prier sans passer par la maison ou le clos de la propriété.

Dès son retour en 1836, Pauline se rend à Ars, à une quarantaine de kilomètres de Lyon, pour ramener une relique de Philomène : des fragments de son humérus. Le Père Jean-Marie Vianney observe avec admiration la santé retrouvée de Pauline. "Son cœur déborde de reconnaissance envers Dieu pour ce miracle, mais il ne manifeste aucun étonnement, car il sait que tout est miracle qui vient de Dieu. Ils restent silencieux un moment. Deux ans se sont écoulés depuis leur dernière rencontre. Pauline est pleine de joie, ayant attendu si longtemps ce moment de bonheur" (Jean Barbier, Le curé d'Ars et Pauline Jaricot, Lyon, Ed. & Imprimeries du Sud-Est, 1952, p. 90-91). Le curé reçoit "les restes de la Vierge grecque avec une joie inexprimable. Il rit, il pleure et dit à Pauline qu'il exposera les reliques dans son église" (Jean Barbier, Le curé d'Ars et Pauline Jaricot, op. cit., p. 92). 

Cette vierge est souvent présentée comme une "princesse grecque" qui "vint à Rome, fut aimée de Dioclétien pour sa beauté, mais promise à Jésus-Christ par un vœu de virginité, refusa et paya son insoumission d'une mort affreuse" (Jean Barbier, Le Curé d'Ars et Pauline Jaricot, op. cit., p. 76). 

À Mugnano, Sainte Philomène était surtout connue pour ses miracles et sa mort pour la foi.