Cinq mois plus tard, le 13 mai 1883, toujours alitée, alors qu’elle se tournait vers une statue de la Vierge, Thérèse fut bouleversée par sa beauté et surtout par le sourire qu'elle lui adressait. Guérie, transformée et épanouie, résolue à épouser l’état de religieuse, elle mit alors toute son énergie pour atteindre son but : devenir Carmélite.
Mais trop jeune, seule sa détermination sans faille lui permit de surmonter tous les refus jusqu’à l’autorisation tant attendue à la veille de ses quinze ans. Entrée au couvent le 9 avril 1888, la jeune postulante s'adapta à son nouvel environnement. Le 10 janvier 1889, sa prise d'habit marqua son entrée en noviciat. Devenue sœur Thérèse de l’Enfant Jésus, s’attelant aux tâches les plus humbles, elle voulait donner à Jésus le plus grand amour possible. Le 8 septembre 1890, fut le jour de sa profession religieuse.
Sa totale dévotion à Dieu et son extrême dévouement envers les autres membres de la communauté lui valurent bientôt l’admiration de tous, mais pas d’être désignée comme Supérieure lorsque l’occasion se présenta. Nouvelle source de souffrance et de renoncements : tout en ayant des missions à accomplir, elle n’avait aucun titre réel auprès des novices qu’on lui confia.
Elle avait intégré le carmel avec le désir de devenir une grande sainte, mais force lui était de reconnaître que cet objectif était pratiquement impossible à atteindre. Elle restait petite et bien loin de cet amour sans faille qu'elle voulait pratiquer. Elle comprit alors que c’était sur cette petitesse même, cette petite voie, qu'elle pouvait s'appuyer pour demander l'aide de Dieu. Plus elle se sentait petite devant Dieu, plus elle pouvait compter sur lui, plus elle pouvait manifester son espérance. Ainsi proposait-elle de rechercher la sainteté, non pas dans les grandes actions, mais dans les actes du quotidien même les plus insignifiants, à condition de les accomplir pour l’amour de Dieu.
Voulant être à la fois, fois missionnaire, martyr, ou docteur de l’Eglise, elle eut enfin une révélation : sa vocation était l’Amour. Elle venait de comprendre que la vocation à la charité englobait toutes les autres, que l’Amour embrassait tous les temps et tous les lieux. En un mot qu'il était Éternel.
A la demande de sa supérieure, elle commença à rédiger ses mémoires.
A Pâques 1896, commença le temps de la maladie : la tuberculose et son lot de souffrances insoutenables qu’elle subit d’autant plus héroïquement qu’elle connut une « nuit de la foi », période durant laquelle elle ne pouvait pas croire en la vie éternelle.
Elle fut inhumée au cimetière de Lisieux dans une nouvelle concession acquise pour le Carmel. Les carmélites ne pouvant quitter le couvent, ce fut un « fort petit » cortège qui suivit le corbillard de la future sainte. Elle fut canonisée le 17 mai 1925.