พระเจ้าคอนสแตนตินที่ 1 เสด็จกลับคืนสู่บัลลังก์ได้เพียง 18 เดือนซึ่งอยู่ในช่วงสงครามกรีซ-ตุรกี (ค.ศ. 1919-22) ที่เริ่มต้นตั้งแต่เดือนพฤษภาคม ค.ศ. 1919 ในเดือนกันยายน ค.ศ. 1921 กองทัพกรีกพ่ายแพ้ที่สมรภูมิซาการ์ยา ทำให้เป็นจุดเริ่มต้นของการถอนทัพกรีกออกจากตุรกี ด้วยความที่กองทัพสัมพันธมิตรไม่พอใจนโยบายของพระเจ้าคอนสแตนตินที่ 1 ในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่งทำให้รัฐบาลกรุงเอเธนส์ขาดการสนับสนุนจากภายนอก[90] มุสตาฟา เคมาล อตาเติร์ก ผู้นำคนใหม่ของตุรกี ได้ยึดคืนสมีร์นาและเทรซตะวันออก ซึ่งถูกผนวกโดยรัฐบาลกรุงเอเธนส์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองสิ้นสุด[91]

ต่อมาเกิดการรัฐประหารโดยกลุ่มทหารที่ไม่พอใจ พระเจ้าคอนสแตนตินที่ 1 สละราชบัลลังก์เป็นครั้งที่สองในวันที่ 27 กันยายน ค.ศ. 1922 พระองค์เสด็จลี้ภัยไปยังอิตาลี พร้อมกับพระบรมวงศานุวงศ์หลายพระองค์ รวมทั้ง สมเด็จพระพันปีหลวงโอลกาด้วย และพระโอรสองค์โตของพระองค์ได้ขึ้นสืบราชบัลลังก์ต่อเป็นเวลาไม่กี่เดือน คือ พระเจ้าจอร์จที่ 2[92] ภายในช่วงหลายเดือนนี้ พระเจ้าคอนสแตนตินที่ 1 เสด็จสวรรคตในอิตาลี หนึ่งในพระโอรสของสมเด็จพระพันปีหลวงโอลกา คือ เจ้าชายแอนดรูว์แห่งกรีซและเดนมาร์ก ถูกจับกุมโดยการปกครองระบอบใหม่ จำเลยหลายคนถูกตั้งข้อหาว่าเป็นผู้ทรยศต่อชาติในการพิจารณาคดีจำเลยทั้งหกที่ดำเนินการโดยคณะรัฐประหาร อดีตนายกรัฐมนตรี นักการเมืองอาวุโสและนายพลในกองทัพหลายคนที่เป็นฝ่ายกษัตริย์นิยมถูกประหารชีวิตด้วยการยิงเป้า[93] นักการทูตต่างประเทศมองว่าเจ้าชายแอนดรูว์ทรงตกอยู่ในอันตราย และสมเด็จพระเจ้าจอร์จที่ 5 แห่งสหราชอาณาจักร สมเด็จพระเจ้าอัลฟอนโซที่ 13 แห่งสเปน ประธานาธิบดีแรมง ปวงกาเร รวมถึงสมเด็จพระสันตะปาปาปิอุสที่ 11 ทรงส่งผู้แทนไปยังเอเธนส์เพื่อเจรจาไกล่เกลี่ยนให้แก่เจ้าชายแอนดรูว์[94] เจ้าชายแอนดรูว์ทรงรอดพระชนม์ แต่ทรงถูกเนรเทศตลอดพระชนม์ชีพและครอบครัวของพระองค์ต้องลี้ภัยด้วยเรือเฮชเอ็มเอส คาลิปโซ (ดี61) ของราชนาวีอังกฤษ[95][96]

สมเด็จพระพันปีหลวงโอลกาทรงได้รับเงินรายปีจากสาธารณรัฐเฮเลนิกที่สอง ซึ่งไม่เหมือนกับพระโอรสธิดาและพระนัดดาของพระองค์ที่ไม่ได้รับเงินรายปีเลย แต่พระองค์ก็ยังคงประคับประคองข้าราชบริพารเก่าแก่ซึ่งหลบหนีมาจากกรีซพร้อมกับพระนางซึ่งทำให้พระนางทรงเหลือพระราชทรัพย์ไว้ใช้สอยไม่เกิน 20 ปอนด์สเตอร์ลิงต่อเดือน[83] (มีค่าประมาณ 900 ปอนด์ใน ค.ศ. 2010) แต่อย่างไรก็ตาม พระองค์ทรงได้รับการสนับสนุนจากครอบครัวของพระองค์ที่กระจายไปทั่วยุโรปตะวันตก ในสหราชอาณาจักร พระนางประทับอยู่ที่บ้านสเปนเซอร์, ลอนดอน ซึ่งเป็นที่ประทับของพระโอรสองค์สุดท้องคือ เจ้าชายคริสโตเฟอร์ และทรงไปประทับที่ย่านรีเจนท์ปาร์ค ที่ซึ่งแกรนด์ดัชเชสมารี พระนัดดาของพระนาง ทรงเช่าตำหนักซานดริงแฮม ซึ่งเป็นตำหนักของสมเด็จพระราชชนนีอเล็กซานดรา พระเชษฐภคินีในพระสวามีของพระองค์ และทรงไปประทับที่พระราชวังวินด์เซอร์และพระราชวังบักกิงแฮม ที่ซึ่งพระนัดดาของพระองค์คือ พระเจ้าจอร์จที่ 5 ทรงให้พระนางเช่าห้องชุด[97]

ช่วงปีสุดท้ายของสมเด็จพระพันปีหลวงโอลกาทรงประสบกับพระพลานามัยที่ย่ำแย่ พระอาการขัดยอกทำให้ทรงต้องประทับรถเข็น และทรงต้องประทับที่ปารีสหลายครั้งเพื่อรักษาพระเนตร ด้วยพระเนตรที่ไม่ดีทำให้พระเจ้าจอร์จที่ 5 ทรงพระสรวลอย่างหนักเมื่อสมเด็จพระพันปีหลวงทรงเข้าใจผิดว่ารูปปั้นเปลือยกายของเลดีโกไดวา คือ พระราชานุสาวรีย์ของสมเด็จพระราชินีนาถวิกตอเรียแห่งสหราชอาณาจักร[94] ด้วยความที่ต้องทรงพึ่งพาผู้อื่นมากขึ้น สมเด็จพระพันปีหลวงโอลกาเสด็จไปประทับกับเจ้าชายคริสโตเฟอร์ ซึ่งเป็นเวลาสั้น ๆ หลังจาก เจ้าหญิงอนาสตาเซีย พระชายาองค์แรกของพระองค์สิ้นพระชนม์ใน ค.ศ. 1923 สมเด็จพระพันปีหลวงโอลกาสิ้นพระชนม์ในวันที่ 18 มิถุนายน ค.ศ. 1926 ซึ่งมีสองหลักฐานว่าสิ้นพระชนม์ที่ตำหนักวิลลาอนาสตาเซียของเจ้าชายคริสโตเฟอร์ในโรม[98] หรือสิ้นพระชนม์ที่โป (จังหวัดปีเรเน-อัตล็องติก)[99]

แม้ว่ากลุ่มสาธารณรัฐนิยมจะเถลิงอำนาจในกรีซอยู่ แต่สมเด็จพระพันปีหลวงโอลกายังคงได้รับความนิยมสูงสุดและรัฐบาลสาธารณรัฐในเอเธนส์เสนอที่จะออกค่าใช้จ่ายสำหรับพระราชพิธีฝังพระศพและดำเนินการส่งพระศพของพระองค์กลับมายังกรีซ อย่างไรก็ตาม พระโอรสธิดาของพระนางได้ปฏิเสธข้อเสนอนี้ และเลือกที่จะฝังพระศพของพระนางในอิตาลี เคียงข้างพระราชโอรสคือ พระเจ้าอเล็กซานเดอร์ที่ 1 ซึ่งพระบรมศพของพระเจ้าคอนสแตนตินที่ 1 รัฐบาลกรีซปฏิเสธที่จะยอมรับ[100] พระราชพิธีฝังพระศพของพระองค์จัดขึ้นในวันที่ 22 มิถุนายน ค.ศ. 1926 ที่โบสถ์ออร์ทอด็อกซ์ในโรม และในวันรุ่งขึ้นก็ย้ายพระศพไปพักที่สุสานใต้ดินในโบสถ์รัสเซียที่ฟลอเรนซ์[101][102] หลังจากมีการฟื้นฟูระบอบราชาธิปไตยในกรีซ ค.ศ. 1935 พระศพของพระองค์ได้ฝังใหม่ที่ตาโตยในวันที่ 17 พฤศจิกายน ค.ศ. 1936[103]

ทรัพย์สินของพระองค์ส่วนมากถูกริบโดยสหภาพโซเวียตและรัฐบาลสาธารณรัฐกรีก อสังหาริมทรัพย์ของพระนางทรงมีเครื่องเพชรอัญมณีอยู่ด้วยโดนมีการรายงานจากเดอะไทมส์ว่ามีมูลค่าทั้งสิ้น 100,000 ปอนด์สเตอร์ลิง (ซึ่งเป็นมูลค่ามากกว่า 4,500,000 ปอนด์สเตอร์ลิงในปัจจุบัน) ซึ่งทรัพย์สินเหล่านี้มีการแบ่งปันให้พระโอรสธิดาของพระองค์ และพระโอรสธิดาในพระเจ้าคอนสแตนตินที่ 1[104] ด้วยความบอบช้ำจากการปฏิวัติรัสเซีย ทำให้พระนางโอลกาทรงอยากตัดความสัมพันธ์กับประเทศที่ฆ่าล้างครอบครัวของพระองค์ ก่อนสิ้นพระชนม์ พระองค์ทรงให้พระเจ้าจอร์จที่ 2 พระนัดดาให้สัตย์สัญญาแก่พระองค์ว่าจะทรงขอให้มีการส่งคืนเถ้ากระดูกของเจ้าหญิงอเล็กซานดรา พระธิดาของพระนาง ที่ฝังอยู่ในมหาวิหารปีเตอร์และปอล กรุงเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก ความปรารถนาของพระองค์สำเร็จใน ค.ศ. 1940 หลังจากมีการฟื้นฟูสถาบันกษัตริย์กรีซ[105] พระเจ้าจอร์จที่ 2 ทรงขอร้องรัฐบาลโซเวียตให้ส่งพระศพของเจ้าหญิงอเล็กซานดรา พระปิตุจฉาให้กลับมาฝังใหม่ในกรีซ ซึ่งรัฐบาลโซเวียตอนุญาต