Im Jahr 1686 trat Groeben, der 1684 polnischer Generalmajor geworden war, in den Dienst der Republik Venedig, um unter Francesco Morosini im Großen Türkenkrieg an der Wiedereroberung Moreas teilzunehmen. Nach seiner Rückkehr im folgenden Jahr erhielt er den Orden De la Générosité. Im gleichen Jahr heiratete er, wohl auch weil ihm die Ehe als „wirksames Mittel gegen sein chronisches Reisefieber“ erschien, Anna Barbara von Schlieben. Am 10. Mai 1688 übernahm Kurfürst Friedrich III. von Brandenburg Groeben als Generalmajor in seinen Dienst und ernannte ihn zum Kammerherren. Groeben trat seither militärisch nicht länger in Erscheinung. Er widmete sich der Bewirtschaftung seiner Güter und der Schriftstellerei. 1694 erschien in Marienwerder, in der eigens dafür eingerichteten Druckerei des aus Elbing stammenden Simon Reiniger, seine "Orientalische Reisebeschreibung des Brandenburgischen Edelichen Pilgers Otto Friedrich von der Gröben, nebst der Brandenburgischen Schiffahrt nach Guinea, und der Verrichtung zu Morea", in der er über seine Reisen berichtete. Das aufwendig ausgestattete Buch enthielt das erste bekannte Werk des Malers Georg Lisiewskis. Im Jahr 1697 wurde Groeben als Nachfolger seines Vaters Amtshauptmann von Marienwerder und Riesenburg. Er veröffentlichte 1700 das allegorische Epos „Des edlen Bergone und seiner tugendhafften Areteen denckwürdige Lebens- und Liebesgeschichte“. Im Jahre seines Todes war er seit 1704 Königlich-preußischer Kammerherr und seit 1719 Königlich-polnischer Generalleutnant gewesen.