消息傳到臧卓耳朵里,他火了,直接把潘素軟禁在一品香酒店,不讓她見人。臧卓仗著軍閥身份,派衛兵把守,典型的霸道作風。張伯駒不幹了,找好友孫曜東幫忙,孫曜東租了靜安別墅安置,買通衛兵把潘素救出來。兩人逃出上海,返回北方,1937年正式結婚。那時候張伯駒已有三房妻妾:元配李氏、二夫人鄧氏都沒生子,三夫人王韻香。張伯駒對潘素不一樣,沒讓她當擺設,而是當正室待,慢慢遣散了其他妻妾。1950年新婚姻法出來後,他給前妻們錢財,正式離婚,就剩潘素一個。
婚後張伯駒對潘素挺上心,知道她有繪畫底子,就請名師教她。1936年起,朱德甫教她畫花鳥,夏仁虎教古文,後來還找汪孟舒、陶心如、祁井西、張孟嘉這些大家指點。潘素21歲重拾畫筆,臨摹張伯駒收藏的名跡,專攻青綠山水畫,工筆重彩那種,細膩嚴謹,金碧輝煌。張伯駒帶她遊山玩水,登峨眉山、去山西大漠、游桂林灕江,這些經歷讓她畫風更有氣勢。張大千看過她的畫,說「神韻高古,直逼唐人」,這是真認可。
潘素代表作不少,《溪山秋色圖》《松峰聳翠圖》《秋山煙靄圖》《灕江春晴》《臨吳歷雪山圖》《松崖初雪圖》《雪山寒林圖》《萬里春光圖》《湖山初雪圖》,這些畫作為國家禮品送過外國元首,比如1958年《臨吳歷雪山圖》給英國首相,《游春圖》給日本天皇。1956年中國美術家協會組織寫生,她去灕江畫的《春晴圖》在美展上,周恩來駐足,說「頗有新氣象」,這對她是莫大肯定。