2001年底桑德伯格加入谷歌，担任谷歌全球在线销售和运营部门副总裁。当时的谷歌不过是一家创办仅3年，还没有实现稳定盈利的私人公司。桑德伯格凭借AdWords、AdSense等广告项目，短时间内帮助谷歌实现盈利。

次年，她促成全球因特网服务提供商美国在线公司（AOL）与当时资金实力有限的谷歌合作，使美国在线改用谷歌为其网络搜索引擎，成为谷歌最大客户，谷歌收益因而大幅增加。

谈及当年谷歌与美国在线的合作，谷歌首名女性工程师、现任谷歌副总裁玛丽莎•梅尔说道：“桑德伯格让这笔交易运转，她强势而无畏。”

2007年，Facebook已从一家大学生创业的无名企业跻身成为美国社交网站访问量排名前列的硅谷科技巨头。时年23岁的创始人马克•扎克伯格感到自身经营能力有限，急需一位“老司机”帮忙。不料，有人向他推荐了桑德伯格这位“女司机”，并最终与扎克伯格擦出火花。

2007年底的某一天，扎克伯格前往硅谷高管丹•罗森斯韦格家参加圣诞派对，他在门口第一次遇见桑德伯格。据扎克伯格自己回忆，两人交谈足有一小时。也正是这次交谈中，扎克伯格得知桑德伯格有意跳槽，便在圣诞假期过后约她面谈。接下来的6个星期里，扎克伯格每周拜访桑德伯格，按照桑德伯格已故丈夫戴夫•戈德伯格的说法，两人的“约会”从不耽误，常常聊到深夜，而且聊的都是些非常哲学的话题。

在深聊中，扎克伯格越来越认为擅长管理的桑德伯格就是他要寻找的绝佳合作伙伴。有人认为，扎克伯格性格羞涩，缺乏经营管理技能，可能难以把Facebook推向商业成功，而桑德伯格正是能够在背后“推他一把”的人。

“有人是出色的管理者，能够管理庞大组织；有人精于分析或注重发展策略。”扎克伯格谈到自己时表示，“这两种特质通常不会存在于同一个人身上。我自己更多属于后者。”也就是说，他需要寻找一位管理型的人才与之形成互补。2008年3月，桑德伯格应邀出任Facebook首席运营官。

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