Năm 1274, khi 16 tuổi, vua Trần Nhân Tông được lập làm thái tử (để lên ngôi vua) nhưng ngài từ chối đến 3 lần cố để nhường lại cho em, mà vua cha không chịu. Cũng trong năm, vua theo lệnh cha cưới trưởng nữ của Nguyên Từ Quốc mẫu, tức là Khâm Từ Thái hậu sau này. Sống trong cảnh nhung lụa nhưng tâm của vị thái tử này chỉ muốn đi tu. Một hôm vào lúc giữa đêm, ngài trèo thành trốn đi, định vào núi Yên Tử. Nhưng mới đến chùa tháp ở núi Đông Cứu thì trời vừa sáng, trong người mệt nhọc quá, ngài bèn vào nằm nghỉ trong tháp. Vị Đại đức chủ trì ở đây thấy ngài tướng mạo khác thường, liền làm cơm thết đãi. Vua cha hay tin, sai các quan đi tìm thấy, ngài bất đắc dĩ phải trở về.