Den 22. juli 2011 ble det rapportert at Romeu var klar for Chelsea. Den påfølgende dagen ble han enig om overgangen. Han måtte imidlertid vente på å ta den medisinske testen og diskutere personlige betingelser, fordi han spilte U20 VM for Spania. Den 4. august annonserte Chelsea på sin offisielle hjemmeside at de hadde signert Romeu på en 4-årskontrakt. Den 12. august ble Romeu tildelt draktnummer 6 for 2011/2012-sesongen.