[рони]

dima***,для вашего случая достаточно и одного цикла

var a = "Мама мыла раму.Сын пошёл учиться.Щенок весело гавкал.",
    pat = /[^.]+/g,
    reg = /\s/,
    b = a.match(pat);
for (var i = 0; i < b.length; i++) {
    b[i] = b[i].split(reg);
}
a = b;
document.write(a)