Vài tháng sau khi về nước, Moltke được bổ nhiệm vào bộ tham mưu của Quân đoàn IV, án ngữ tại Berlin, vào năm 1840. Năm sau, ông gặp một cô gái người Anh, Maria Bertha Helena Burt, con ghẻ của em gái Moltke – bà Auguste. Maria Burt là con gái của ông John Heyliger Burt, chồng bà Auguste, với người vợ đã quá cố của ông này. Maria đã mồ côi mẹ từ khi 5 tuổi và đã được Auguste nuôi nấng từ khi 8 tuổi.[21] Khi ấy Moltke đã 41 tuổi trong khi Burt mới 16 tuổi, và hai người cưới nhau vào ngày 20 tháng 4 năm 1842. Đây cũng là ngày Moltke được lên cấp hàm Thiếu tá.[14][22] Moltke và Burt chung sống hạnh phúc với nhau mặc dù họ không có một mụn con nào.[12]

Trong thời gian này, Moltke đã xuất bản các bản đồ Konstantiniyye mà ông vẽ, và, cùng với các nhà du hành người Đức khác, ông cho ra mắt một bản đồ mới về Tiểu Á và một hồi ký về nền địa lý Thổ Nhĩ Kỳ.[12] Trong thời gian ở Berlin, ông bị lôi cuốn trước sự phát triển của đường sắt và trở thành một trong những giám đốc đầu tiên của tuyến đường sắt Hamburg-Berlin. Năm 1843, ông cho ra mắt một bài phê bình mang tên Những nguyên do nào sẽ quyết định sự lựa chọn phương hướng của đường sắt?", trong đó ông khẳng định một trong những mục tiêu hàng đầu của việc xây dựng đường sắt phải là để phục vụ quân sự.[14] Đến năm 1845, ông lại xuất bản công trình Chiến dịch Nga-Thổ 1828–29 (Der Russisch-türkische Feldzug 1828-1829...). Đây được các chuyên gia đánh giá là một trong những tuyệt tác về phê bình và lịch sử quân sự. Cùng năm đó, ông được ủy nhiệm làm trợ lý cá nhân cho Thân vương Heinrich của Phổ, một người Công giáo đang sống ở Roma. Moltke và vợ mình rất yêu thích cuộc sống ở Roma. Tại đây, Moltke dành thời gian để tiến hành một cuộc khảo sát thành phố, và kết quả của cuộc khảo sát này là một tấm bản đồ Roma được xuất bản ở Berlin vào năm 1852. Sau khi Thân vương Heinrich qua đời năm 1849[12], Moltke trở về Berlin và phục vụ Bộ Tham mưu Quân đoàn VIII tại Koblenz. Đến năm 1848, sau một thời gian ngắn trở lại Bộ Tổng tham mưu, ông đảm nhận chức Tham mưu trưởng Quân đoàn IV ở Magdeburg và ở lại đây trong vòng bảy năm. Ông được lên chức Thượng tá vào năm 1850 rồi Đại tá vào năm 1851.[12][14]

Vào năm 1855, Moltke lãnh chức sĩ quan phụ tá thứ nhất của Thân vương Friedrich Wilhelm (sau này là Đức hoàng Friedrich III[14]. Theo sử gia Jonathan Steinberg, đây được xem là cuộc bổ nhiệm quan trọng nhất đối với ông trong thời gian này. Cuộc bổ nhiệm đã mang lại cho ông mối quan hệ quen biết với Thái đệ Wilhelm, cha của Friedrich và là Hoàng đế Wilhelm I về sau này. Giữa Wilhelm và Moltke có nhiều nét tương đồng với nhau: "Moltke và Vua Wilhelm cùng là một dạng người: tiết kiệm và chuộng sự đơn giản, ôn hòa và khiêm tốn. Cả hai đều ghi chú trên những chỗ chưa viết của thư từ và không thích thay những bộ quần áo cũ bằng những bộ mới".[11] Moltke từng tháp tùng Vương tử Friedrich đến nước Anh (để tham dự lễ cưới của Vương tử vào năm 1855), đến Paris và đến Sankt-Peterburg để tham dự lễ đăng quang của Nga hoàng Aleksandr II.[14]

Nhìn chung, các chức vụ mà Moltke trải qua trong thời gian này đem lại cho ông mối liên hệ thường nhật và mật thiết với ba vị vương gia: Friedrich Karl – cháu trai vua Friedrich Wilhelm IV, Heinrich – em trai nhà vua, và Friedrich Wilhelm – một cháu trai khác của nhà vua. Theo Archen Bucholz, "Moltke cộng tác tốt với các vương thân. Đó đương nhiên là một chìa khóa dẫn đến thành công của ông".[11]