Primeiramente, vamos abordar a questão "bruxa". Melisandre certamente exerce magia. Seu poder não é dado apenas de R'hllor, é algo que ela estudou (junto com todos os outros Red Priests). Sua crença é que a magia vem de R'hllor, como um presente para eles, mas eles ainda precisam aprender a manejá-la. Então, dependendo da sua definição, ela é uma "bruxa", acredite ou não em R'hllor.
Por que ela pareceu surpresa por Thoros ter trazido de volta Beric Dondarrion? Bem Thoros nunca foi particularmente piedoso, então ele não teria recebido muitos poderes de R'hllor. Isso realmente não coloca em questão sua fé em R'hllor, apenas sua fé em Thoros, o que é compreensível dado seu passado.
O que sugere que ela pode ser apenas uma bruxa? Sabemos que Melisandre é um Shadowbinder . Nós não sabemos muito sobre eles, mas o nome sugere que o poder de criar uma sombra vem de sua outra magia, não de R'hllor. Melisandre afirma que essas sombras são servos da luz. Se ela acredita ou não, é impossível dizer.
Não há nada nos livros para sugerir que ela não acredita em R'hllor, então qualquer resposta ao contrário só pode ser hipótese e teoria.
Aqui está minha teoria pessoal sobre a situação do R'hllor ( estragada por ser baseada em toda a série ):
Stannis isn't the chosen one of R'hllor. There's evidence to support this. It's fairly well established that his sword isn't actually Lightbringer. Salador Saan says to Davos, "that sword was not Lightbringer, my friend", and Maester Aemon says to Samwell, "The sword is wrong, she has to know that ... light without heat ... an empty glamour ... the sword is wrong, and the false light can only lead us deeper into darkness." Lightbringer is said to be a sword made of living fire. The only time we've seen this is with Lord Beric Dondarrion, who has a sword that can become engulfed in flames. Couple this with the fact that Thoros keeps bringing him back to life, and I believe that the Lord Beric is the true chosen one of R'hllor. This would explain why Melisandre was so shocked. It didn't make her question her faith in R'hllor, it made her question her faith in Stannis.