Alrededor de 1860, conoció a su futuro esposo, entonces capitán del ejército brasileño Manuel Deodoro da Fonseca. Muy enamorados, se casaron unas semanas después, el 16 de abril de ese año; ella tenía treinta y cuatro años y él treinta y tres. Sin embargo, no tuvieron hijos. Los apodos de la pareja eran Maneco y Marianinha. Vivieron dos años más en Cuiabá, donde Fonseca se desempeñó como edecán del presidente provincial Antônio Pedro de Alencastro. Cuatro años después del matrimonio, Mariana tuvo que mudarse a la casa de su suegra, Rosa Paulina da Fonseca, debido al viaje de su esposo junto con seis hermanos para luchar en la Guerra del Paraguay, allá por 1864. En la familia Fonseca, además de su suegra, estaban sus cuñadas, sobrinos y cuñadas, que convivieron durante seis años, durante los cuales duró la guerra. Estuvo con doña Rosa, ya que tres de sus hijos murieron en la lucha por la patria, hecho que lo enorgulleció. La pareja vivía con frustración por parte de Mariana, ya que su esposo vivía gastando su dinero en joyas, mujeres, perfumes y ropa, y Mariana se mantenía con una pequeña fortuna que le había heredado su padre. En vísperas de la proclamación de la República, Mariana y Deodoro discutieron sobre el hecho de que la insistencia del mariscal en hacer frente a la caída de la familia imperial brasileña, provocó que la mujer que se convertiría en la primera dama del país buscara al médico de su marido, Carlos Gross, para liberarlo y producir tal hazaña, sin éxito.