Dưới thời Hán Cảnh Đế, Quán Đào Trưởng công chúa được phép ra vào cung để thăm mẹ. Công chúa quan hệ mật thiết với Hán Cảnh Đế, thường xuyên hiến tặng mỹ nữ khiến Lịch Cơ - sủng phi của ông ghi hận. Sau khi Bạc hoàng hậu bị phế, Cảnh Đế lập trưởng tử Lưu Vinh, con trai Lịch Cơ làm Hoàng thái tử[3]. Quán Đào muốn con gái làm Hoàng hậu tương lai nên ngỏ ý gả con cho thái tử Lưu Vinh[4][5], kết quả bị Lịch Cơ cự tuyệt khiến bà căm phẫn[6]. Nhân dịp đó, Vương phu nhân - phi tần khác của Hán Cảnh Đế âm mưu giành ngôi Thái tử cho con mình là Giao Đông vương Lưu Triệt, nên đã chấp nhận lời nghị hôn với Công chúa[7]. Công chúa đồng ý liên thủ với Vương phu nhân, nói tốt Lưu Triệt trước mặt Cảnh Đế, gièm pha Lịch Cơ khiến ông không hài lòng. Sau đó, Vương phu nhân cùng Công chúa ngầm sai đại thần tấu thỉnh lập Lịch Cơ làm Kế hậu. Hán Cảnh Đế đang chán ghét Lịch Cơ, cho rằng Lịch Cơ có mưu đồ xúi giục đại thần nên ra chiếu phế truất Thái tử Lưu Vinh, Lịch Cơ phẫn uất tự sát[8].

Năm Hán Cảnh Đế Tiền Nguyên thứ 7 (150 TCN), Hán Cảnh Đế phong Vương phu nhân làm Hoàng hậu, Lưu Triệt làm Thái tử. Trần thị trở thành Thái tử phi[5].

Không rõ tuổi tác Trần thị lớn hơn hay nhỏ hơn Lưu Triệt. Dựa theo việc Quán Đào Công chúa muốn gả bà cho Phế thái tử Lưu Vinh năm 18 tuổi, các sử gia phán đoán có thể Trần thị lớn hơn Lưu Triệt vì Lưu Vinh lớn hơn Lưu Triệt mấy tuổi[9]. Theo pháp lệnh được quy định từ thời Hán Huệ Đế, con gái trên 15 tuổi mới được xuất giá[10], nhưng có thể khi đó bà vẫn chưa tới 15 tuổi vì Thượng Quan hoàng hậu, cháu ngoại đại thần Hoắc Quang cũng lấy Hán Chiêu Đế năm 6 tuổi[11]. Nếu bà nhỏ hơn Lưu Triệt, tức là khi Quán Đào Công chúa cầu thân Lịch Cơ năm 153 TCN, Trần thị chỉ mới 3 tuổi. Cứ cho là 151 TCN, thì cùng lắm Trần thị chỉ mới 5 tuổi, nhỏ hơn Lưu Vinh tới hơn 12 tuổi, có phần không hợp lý. Dù Hoắc Quang từng ép Thượng Quang hoàng hậu 6 tuổi thành thân với Hán Chiêu Đế, song sự kiện năm đó bị rất nhiều người phản đối. Nếu Trần thị bằng hoặc nhỏ tuổi hơn Lưu Vinh, thì năm đó ít nhất cũng phải trên 15 tuổi, tức là lớn hơn Lưu Triệt tầm 12 tuổi, như vậy năm Lưu Triệt thành Thái tử là 7 tuổi, thì Trần thị cũng đã 19 tuổi.

Qua cuộc hôn nhân này, Trần thị có thể nói là người phụ nữ có ảnh hưởng lớn nhất tới sự nghiệp của Hán Vũ Đế, vì nhờ cưới bà, mẹ con Vũ Đế mới nhận được sự hậu thuẫn của Quán Đào Công chúa, chiến thắng mẹ con Lịch Cơ mà đoạt được vị trí Thái tử.