Isabel conheceu o seu futuro marido, o príncipe Filipe da Grécia e Dinamarca, em 1934 e depois em 1937. Eles eram primos em segundo grau, através do rei Cristiano IX da Dinamarca, e de terceiro grau, através da rainha Vitória. Depois de mais um encontro, em julho de 1939 no Real Colégio Naval de Dartmouth, Isabel – então com apenas treze anos de idade – afirmou que havia se apaixonado por Filipe e eles começaram a trocar cartas. O seu noivado foi anunciado oficialmente em 9 de julho de 1947.
O casamento não ocorreu sem controvérsias: Filipe não tinha fortuna, era estrangeiro (apesar de cidadão britânico que havia servido na Marinha Real Britânica durante a Segunda Guerra Mundial) e tinha irmãs casadas com nobres alemães, com ligações nazis. Crawford escreveu que "Alguns dos conselheiros do rei não o achavam suficientemente bom para ela. Ele era um príncipe sem casa ou reino. Alguns dos jornais falaram sobre as origens estrangeiras de Filipe". Algumas biografias posteriores da mãe de Isabel relatam que ela inicialmente era contra a união, até chamando Filipe de "O Huno". Entretanto, ela mais tarde contou ao biógrafo Tim Heald que o príncipe era "um cavalheiro inglês".
Antes do casamento, Filipe renunciou aos seus títulos gregos e dinamarqueses, converteu-se da ortodoxia grega para o anglicanismo e adotou o nome de "Filipe Mountbatten", tomando o sobrenome da família britânica da sua mãe. Pouco antes do casamento, ele foi elevado a Duque de Edimburgo e recebeu o tratamento de "Sua Alteza Real".
Isabel e Filipe casaram na Abadia de Westminster, a 20 de novembro de 1947. Eles receberam 2500 presentes vindos de todo mundo. Já que o Reino Unido ainda não havia recuperado totalmente da devastação da guerra, Isabel pediu que cupões de racionamento comprassem o material para o seu vestido de noiva, que foi desenhado por Norman Hartnell. No pós-guerra, não era aceitável que os parentes alemães do duque, incluindo as suas três irmãs ainda vivas, fossem convidados para o casamento. O Duque de Windsor, o anterior rei Eduardo VIII, também não foi convidado.
Isabel deu à luz o seu primeiro filho, príncipe Carlos, em 14 de novembro de 1948. Um mês depois, o rei emitiu cartas-patente permitindo que os filhos deles usassem o estilo e título de um príncipe ou princesa real, que do contrário eles não teriam direito, já que seu pai não era mais um príncipe. A segunda criança, princesa Ana, nasceu em 1950.
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