国共分流后不久，黄慕兰赴上海任中共中央书记处秘书，兼机要交通员，并成为中央特科成员。在上海从事地下工作时，营救过周恩来、关向应等中央领导人，以一个令人瞩目的大美女形象出现，周旋于旧上海的各种场合，在隐蔽战线屡建奇功，演绎了一个红色特工的人生传奇。
令人称奇的是，黄慕兰还被几位大作家当作原型写进作品。生性多情的郭沫若，把她化身为长篇小说《骑士》中的女主人公金佩秋。茅盾写《蚀》借鉴过黄慕兰的人生经历。一次黄慕兰到茅盾家做客，茅盾开玩笑说：“听说你改了名字叫黄定慧了，为什么取了个尼姑的名字？”黄慕兰马上反击道：“你胆敢取笑我，我还要找你算账呢！你说你为什么拿我做模特儿？人家都说《蚀》三部曲中的几个浪漫女性，原型都是我，逼得我只好改名‘定慧’了。”
经历了四段曲折婚姻
黄慕兰一生结过四次婚，其中有三次属于典型的“革命联姻”。
她的第一次婚姻，由父亲包办配给了她父亲朋友的儿子，这个人又吃又喝又赌又嫖，她很痛苦，结婚一年不到就逃出来了。
在武汉时期，黄慕兰结识了《民国日报》总编辑、中共中央军委机要处主任秘书和警卫团政治指导员宛希俨，在董必武、瞿秋白撮合下结婚。
宛希俨后来在赣南牺牲，黄慕兰则调往上海任中央书记处秘书和交通员，遇到新任的中央委员贺昌。见到黄慕兰，贺昌劝慰她节哀顺变，鼓励她摆脱消极情绪。在贺昌的帮助和鼓励下，黄慕兰渐渐开朗起来，和贺昌的感情也日益加深。终于有一天，贺昌向她求婚。在征求周恩来意见、得到组织同意后，黄慕兰开始了她的第3段婚姻。
黄、贺的结合令暗恋黄的饶漱石气恼不已，他对黄慕兰冷嘲热讽：“好啊！你是攀上高枝了，又是为中央政治局会议做记录，又嫁给了中央委员贺昌，眼里哪还有我这样的小人物呢？”此话使得黄慕兰精神恍惚，把会议记录本遗失在人力车上，气急之下便跳了黄浦江。被救起来后，她就编了一个故事说她因失恋跳江的。此事被《申报》的“本埠新闻”栏以“妙龄女郎失恋自杀遇救”为题报道出来，成为上海滩轰动一时的新闻。
不久，贺昌调往中央苏区，后担任了中央红军的总政治部副主任，1935年牺牲。黄慕兰则留在上海继续从事秘密工作。在此期间，黄慕兰遇到了新的感情苦恼，她的工作对象陈志皋展开了对她的疯狂追求。于是，她向组织汇报了此事，并请求去苏区与丈夫会合。党组织否定了她的请求，并让她与陈志皋结合。可陈志皋最后还是背叛了她的感情，这段婚姻以失败告终。
