Vuoden 1830 Belgian vallankumous vaikutti merkittävästi myös Luxemburgiin. Maa julistautui itsenäiseksi 1835, ja suurherttua vahvisti sen kolme vuotta myöhemmin. Lontoon sopimuksella vuonna 1839 suurherttuakunta jaettiin kahtia Belgian ja Alankomaiden kesken. Lähes puolet sen maapinta-alasta liitettiin uuteen Belgian valtioon, johon se edelleenkin kuuluu Luxemburgin maakuntana. Kaikkein ranskankielisimmän osansa menettämisen myötä Luxemburgista tuli melkoisen saksankielinen valtio, joskin ranskalaisen kulttuurin vaikutus jäi hyvin voimakkaaksi. Myös Belgian markkinoiden menetys toi suuria taloudellisia ongelmia. Nämä asiat tiedostettuaan suurherttua liitti maansa Saksan tulliunioniin ("zollverein") vuonna 1842. Tämä ei kuitenkaan pystynyt estämään Luxemburgia jäämästä huonosti kehittyneeksi maatalousvaltioksi lähes sadan vuoden ajaksi. Taloudellisen kehittymättömyyden vuoksi viidennes maan asukkaista muutti siirtolaisina Yhdysvaltoihin vuosien 1841–1891 välisenä aikana.