Im Zuge der Heereserweiterung wurde Groeben am 8. Mai 1860 mit der Führung des 1. kombinierten Garde-Infanterie-Regiments beauftragt, aus dem zum 4. Juli 1860 das 3. Garde-Regiment zu Fuß hervorging. Mit der Etatisierung des Verbandes erfolgte seine Ernennung zum Regimentskommandeur und aus Anlass der Krönungsfeierlichkeiten von Wilhelm I. avancierte er am 18. Oktober 1861 zum Oberst. Im Krieg gegen Dänemark führte Groeben sein Regiment 1864 in den Kämpfen bei Satrup-Rackebüll, Fredericia, beim Sturm auf die Düppeler Schanzen sowie beim Übergang nach Alsen. Für sein Wirken erhielt er die Schwerter zum Roten Adlerorden III. Klasse mit Schleife.