רוב האוכלוסייה הלוקסמבורגית הצטרפה למהפכה הבלגית נגד השלטון ההולנדי. מלבד המבצר והאזור שמסביבו, לוקסמבורג נחשבה כפרובינציה של המדינה הבלגית החדשה בין 1830 ל-1839. לפי הסכם לונדון ב-1839 המעמד של הדוכסות הגדולה אושר כמדינה ריבונית תחת שלטונו של מלך הולנד. לאחר מכן, החלק דובר הצרפתית של הדוכסות הועבר לבלגיה תחת השם פרובינציית לוקסמבורג. אובדן שטח זה הותיר את לוקסמבורג כמדינה גרמנית במהותה, למרות שהשפעתה של התרבות הצרפתית נותרה חזקה. אובדן השווקים הבלגיים גרם לבעיות כלכליות במדינה. מתוך הכרה בבעיות, הדוכס הגדול שילב את לוקסמבורג לתוך איחוד המכס הגרמני ב-1842. למרות זאת, לוקסמבורג עדיין הייתה מדינה חקלאית לא מפותחת במשך רוב המאה. כתוצאה מכך כחמישית מתושביה היגרו לארצות הברית בין 1841 ל-1891.