En 1646, elles s’établirent à Rouen, en dehors de l’enceinte, dans le faubourg Bouvreuil. Elles occupaient un site proche des couvents des Carmes Déchaussés  et des Récollets.
Les temps étaient difficiles pour les nouvelles fondations et il y eut plusieurs arrêts du Parlement en leur défaveur et il fallut l’interposition d’un exempt envoyé par le roi pour qu’elle ne soient pas chassées de leur couvent. Le conflit se termina par un arrêt du Parlement du 29 février 1648, confirmant leur établissement, à condition qu’une haute muraille les sépare des Carmes.

Le couvent du Val-de-Grâce de Rouen s’éteignit au milieu du XVII^e siècle. En 1741, il n’y restait que huit religieuses. Elles décidèrent de s’unir avec les Bénédictines de Bellefonds de Rouen le 5 février 1742.
Le couvent fut abandonné. Le cardinal-archevêque de Rouen, Saulx-Tavannes, y aménagea une communauté des Vieux-Prêtres de St-Louis. C’était une maison de retraite destinée aux prêtres âgés ou infirmes du diocèse. Elle fut également appelée St-Louis-du-Val-de-Grâce ou séminaire St-Louis après que son successeur, le cardinal de La Rochefoucauld, y ait construit une nouvelle église conventuelle, dédiée à St-Louis.
L’emplacement du monastère est maintenant en pleine transformation. Depuis la fin de l’année 2002, l’ancienne clinique St-Romain a déménagé sur la rive gauche de la Seine dans la nouvelle clinique Mathilde. les derniers vestiges du couvent ont disparu.