Встреча Натальи и Михаила Александровича произошла на гатчинском балу летом 1908 года. Супруга Вульферта оказалась самой блистательной дамой на вечере, о ней французский посол потом говорил: «Смотреть на неё — одно удовольствие. Её чистое аристократическое лицо очаровательно вылеплено. У неё светлые бархатистые глаза, а от каждого движения веет величественной, мягкой грацией». В тот день заметивший красивую молодую особу князь Михаил несколько раз приглашал её на танец, чем и вызвал возмущение императорской семьи: танцевать с замужней женщиной члену царской фамилии было непозволительно. Пренебрегая условностями, тридцатидвухлетний князь не только не отходил от Натальи ни на шаг, но под конец вечера, взяв её за руку, вывел из зала. На балу они больше не появились.
Брасова не могла устоять перед младшим братом царя. Михаил Александрович был добрым, терпеливым и лёгким в общении. Ночь они провели за разговорами в тенистых аллеях дворцового парка. Михаил Романов просил о новой встрече. Однако Наталья отчётливо дала понять, что ни любовницей, ни содержанкой она становиться не намерена, что примет от него только серьёзное предложение.
Поклонник, не желая откладывать серьёзный разговор с императором Николаем II, пошёл к нему с просьбой благословить брак с любимой женщиной. Однако Николай, услышав просьбу Михаила, возмутился и поспешил отправить его в Орёл, подальше от «хитрой, злой бестии». Наталья, несмотря на разразившийся в обществе скандал, взяла с собой маленькую дочь и поехала за возлюбленным. «Бедный Миша, очевидно, стал на время невменяемым, — писал император матери, — он думает и мыслит, как она прикажет… о ней противно говорить».
В Орле влюблённые решили уехать за границу и там обвенчаться. Но пока этого сделать не представлялось возможным. Император пристально следил за развивающимся романом младшего брата и пригрозил ему Петропавловской крепостью, если он нарушит высочайший запрет и сделает Наталью своей супругой.
Спустя два года у любовников родился мальчик, которого нарекли Георгием. В том же году Брасова получила развод от мужа и стала наконец свободной.
В 1912 году любовники решились на давно задуманную авантюру и, собравшись в дорогу, известили царствующего монарха, что отправляются в путешествие за границу. Почувствовав неладное, Николай II велел нескольким агентам следить за влюблённой парой, а заметив тех возле православного храма, брать под стражу и везти обратно в Россию.
Михаил и Наталья действовали осторожно и хитро. До Германии они ехали на поезде, а затем, отделившись от прислуги и детей, пересели в машину, решив продолжить путешествие на автомобиле. Такого хода событий их тайный конвой предвидеть не мог. Хитрецам удалось найти в Вене православный сербский храм, где за значительную плату их обвенчали и в церковной книге записали Наталью, как «дворянку Брасову». Так эта необыкновенная женщина стала морганатической супругой члена императорской семьи.
В тот же день, счастливый от случившегося, Михаил Александрович отправил телеграмму русскому императору, где сообщил о своём венчании. Николай II так рассердился, что велел больше никогда не показываться младшему брату на родине. Тот не особенно расстроился и стал подыскивать для себя и «любимой Наташеньки» страну, где они могли бы жить спокойно. Супруги отправились в Англию. Там недалеко от Лондона ими был куплен старинный замок Небворт. Спустя два года простивший дерзкий поступок брата Николай II разрешил Михаилу вернуться в Россию. Супружеская чета приехала на родину и поселилась в любимой Гатчине.
Великому князю были возвращены все титулы, и он снова смог командовать армией. Спустя три года произошла Февральская революция, и царствующий император был вынужден подписать бумаги об отречении от престола в пользу младшего брата. Михаил Александрович был тут же вызван Временным правительством в столицу, где решался вопрос: быть великому князю императором или же отречься от престола, последовав примеру Николая II. Михаил Романов со слезами на глазах подписал все нужные бумаги в пользу сформированного правительства и в тот же день вернулся в Гатчину.
Пока не наступило лето, супруги жили достаточно уединённо. Им не раз предлагали бежать за границу, однако князь был непреклонен: он всё ещё хотел остаться на родине. Тем не менее оставить в России сына Михаил Александрович побоялся и тайно, вместе с прислугой, отправил в Данию, где проживали родственники вдовствующей императрицы Марии Фёдоровны.