Kun Kaarle X ja Bourbonin suku syöstiin vallasta vuonna 1830 heinäkuun vallankumouksessa, Caroline yritti turhaan saada 9-vuotiaan poikansa julistettua kuninkaaksi nimellä Henrik V. Hän seurasi yhdessä lastensa kanssa syrjäytettyä kuningas Kaarlea maanpakoon Skotlantiin. Vuonna 1832 Caroline palasi salaa Ranskaan ja yritti nostattaa maan länsiosassa legitimistien kapinan nostaakseen poikansa kuninkaaksi. Hän ylitti maan kaakkoisrajan talonpoikaisnaiseksi naamioituneena ja saapui Marseilleen 29. huhtikuuta 1832. Hän siirtyi sieltä edelleen Vendéen alueelle, jossa lyhytikäiseksi jäänyt kapina alkoi kesäkuussa. Kapinan aikana Caroline esiintyi Ranskan sijaishallitsijana ja antoi kuninkaallisia määräyksiä poikansa nimissä. Ranskan armeija kukisti kapinan nopeasti. Ranskan viranomaisia piileskellyt herttuatar Caroline jäi kiinni Nantesissa 7. marraskuuta. Häntä pidettiin sen jälkeen vankina Blayen linnoituksessa. Pian kuitenkin ilmeni, että Caroline oli mennyt salaa naimisiin napolilaisen kreivin Ettore Lucchesi-Pallin kanssa, mikä legitimistienkin silmissä poisti häneltä oikeuden toimia Ranskan sijaishallitsijana. Lisäksi hän oli jälleen raskaana ja synnytti vankeudessa toisen tyttären toukokuussa 1833. Ranskan hallitus piti häntä nyt niin harmittomana, että hänet vapautettiin 8. heinäkuuta samana vuonna. Caroline asui loppuelämänsä ajan ensin Venetsiassa ja toisen miehensä kuoleman jälkeen Brunnseen linnassa lähellä Itävallan Grazia.