ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2462 เฮเลนได้พบกับมกุฎราชกุมารคาโรลแห่งโรมาเนียซึ่งกลับมาจากเดินทางรอบโลกหลังจากทรงหย่ากลับมเหสีพระองค์แรก เฮเลนกับคาโรลได้เสด็จไปโรมาเนียเพื่อไปเฉลิมฉลองงานหมั้นอย่างเป็นทางการของพระเชษฐาของพระองค์ จอร์จกับพระขนิษฐาของคาโรลคือเอลิซาเบธแห่งโรมาเนีย สมเด็จพระราชินีแห่งกรีซ

ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2463 มกุฎราชกุมารคาโรลได้เดินทางมาซูริคเพื่อมาสู่ขอเจ้าหญิงเฮเลน แต่พระนางโซเฟียพระมารดาของเจ้าหญิงเฮเลนไม่เห็นด้วย

ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2463 สมเด็จพระราชาธิบดีคอนสแตนตินที่ 1 แห่งกรีซได้ฟื้นฟูราชบัลลังก์และทั้งราชวงศ์ได้เสด็จกลับกรุงเอเธนส์ ในวันที่ 10 มีนาคม พ.ศ. 2464 เจ้าหญิงเฮเลนได้อภิเษกสมรสกับมกุฎราชกุมารคาโรลแห่งโรมาเนียที่เมโทรโปลิแทน แคนเทลเดล แห่งเอเธนส์พระองค์ทรงเป็นเจ้าหญิงพระองค์แรกที่อภิเษกสมรสในเอเธนส์ การอภิเษกสมรสช่วงแรกเต็มไปด้วยความสุขแต่ในไม่ช้าเริ่มขุ่นเคืองในวันที่ 25 ตุลาคม พ.ศ. 2464 มีพระโอรสพระองค์แรกคือเจ้าชายไมเคิล มีข่าวลือว่าพระโอรสโตไม่เต็มที่ (พระโอรสประสูติหลังจากทรงอภิเษกสมรส 7 เดือนครึ่ง) ความจริงคือพระโอรสหนัก 9 ปอนด์และอาจว่าเฮเลนนั้นตั้งครรภ์ก่อนที่จะอภิเษกสมรสเสียอีกในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2464 ได้เสด็จกลับบูคาเรสต์ เจ้าหญิงเฮเลนได้จัดตั้งโรงเรียนการพยาบาลในโรมาเนียเพื่อทำให้การแพทย์มีมาตรฐานยิ่งขึ้น พระนางได้ก่อตั้งยศพันเอกขึ้นในกองทัยอีกด้วย

ในพ.ศ. 2468 มกุฎราชกุมารคาโรลได้มีเรื่องอื้อฉาวกับแม็กดา ลูเพสคู ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2468 มกุฎราชกุมารคาโรลได้ปฏิเสธสิทธิในการครองบัลลังก์โรมาเนียและเสด็จออกจากโรมาเนีย ในวันที่4 มกราคม พ.ศ. 2469 รัฐสภาโรมาเนียยอมรับการสละสิทธิของเจ้าชายคาโรลและให้พระอิศริยยศเฮเลนเป็น เจ้าหญิงแห่งโรมาเนีย พระนางยังทรงประทับอยู่ในโรมาเนียกับเจ้าชายไมเคิลทายาทสืบบัลลังก์องค์ต่อไป