Märtha møtte sin fetter, norske kronprins Olav, en rekke ganger opp gjennom oppveksten, men det var først mot slutten av 1920-tallet de for alvor fikk øynene opp for hverandre. Under OL i Amsterdam i 1928 forlovet de seg i all hemmelighet. 14. januar 1929 ble forlovelsen offentliggjort både i Sverige og Norge.