在陈志皋的帮助下，黄慕兰还拜见了他的父亲陈其寿，陈其寿很欣赏黄慕兰。经组织同意，黄慕兰被陈老爷子收为干女儿。在陈氏父子的帮助下，关向应被放了出来。
在营救关向应期间，陈志皋对美貌智慧的黄慕兰展开了彬彬有礼的追求。
《黄慕兰自传》记载：1930年6月的一个下午，她和陈志皋在咖啡馆闲谈，偶遇陈在法租界巡捕房当翻译的同学曹炳生，曹谈起了巡捕房最近抓到的一个共产党头头，说此人是湖北人，60岁左右，酒糟鼻子，镶一口金牙，9个指头，是悬赏10万元才抓到的。言者无意，听者有心。黄慕兰一边面不改色地喝咖啡，一边紧张地琢磨此人到底是谁？突然，一个符合描述特点的人物闯进了她的脑海里：这个人很可能是政治局主席向忠发！这个人要是叛变就不得了！
黄慕兰心里急得要命，但一直忍到曹离开，之后，她以头痛为由请陈送她回家。短短两小时之内，这个消息便由黄慕兰传给了潘汉年，再由潘汉年传给了康生，最后由康生传给了周恩来，周恩来迅速组织中央的李富春、蔡畅等人转移。果然，当天晚上，向忠发带着巡捕房的人直接用钥匙开门闯进了周恩来转移前的住所……向忠发是党的主要领导人，又是特科领导成员，掌握的情报非比寻常，若不是黄慕兰的这次偶遇，中共在上海的中枢机构完全有可能在瞬间垮掉。
黄慕兰立下的这件奇功，给周恩来留下了深刻印象。他后来约见黄慕兰，表扬了她的灵活机警,并嘱咐她抓牢陈志皋，做他幕后参谋。
1931年12月，国民党散布“伍豪(周恩来的笔名)等脱离共产党启事”，黄慕兰不仅最先向周恩来献策反击谣言，而且是具体行动的执行者：她请陈志皋出面，委托法国籍律师巴和出面办理《周少山紧要启事》，驳斥敌人污蔑的内幕背景。
在和陈志皋的交往中，黄慕兰结识了很多上层人士，她不忘使命，在幕后策划各方面的营救活动。与此同时，党组织也加强了对陈志皋的争取工作。
1933年，陈志皋正式向黄慕兰求婚。但那时，黄慕兰一直都对去苏区后杳无音讯的贺昌念念不忘，就以家庭地位不相配为由拒绝了陈。但陈“竟咬破手指，在一条白的手巾上书写爱意”。黄慕兰向组织倾诉了自己的苦恼。党组织认为，在当时复杂的白色恐怖背景下，黄慕兰与陈志皋结合，很可能会打开新的工作局面，黄慕兰于是听取了组织的意见。带着“继续支持营救被捕同志工作、婚后互不干涉个人行动、允许她将来与前夫遗孤相认”的三项约定，陈志皋迎娶了情绪复杂的黄慕兰。
