Tham gia Trái tim mùa thu (Autumn in my heart) năm 2000 là bước ngoặt trong sự nghiệp diễn xuất của Song Hye Kyo. Trong phim, cô thủ vai Eun Suh - có đôi mắt đượm buồn và nét đẹp thanh tao. Không chỉ trải qua thời thơ ấu bị tráo đổi thân phận, Eun Suh còn mắc bệnh máu trắng và có mối tình bất hạnh với anh nuôi Joon Suh - do Song Seung Hun đóng. Cuối phim, cô gục chết trên vai người yêu, sau đó Joon Suh cũng tự tử. Cái chết của cặp nhân vật chính khiến khán giả châu Á thổn thức.
Trái tim mùa thu được xem là tác phẩm để đời của Song Hye Kyo. Nhờ hóa thân xuất sắc một Eun Suh mong manh, cô nhận được nhiều giải thưởng lớn, trong đó có Diễn viên truyền hình được yêu thích nhất tại Baeksang Arts Awards lần thứ 37.
* Cảnh lấy nước mắt người xem trong "Trái tim mùa thu"