De esta unión nació un único hijo varón, el príncipe Baltasar Carlos, muerto en 1646, lo que provocó que el rey decidiese casarse en segundas nupcias (1649) con su sobrina la archiduquesa Mariana de Austria, hija del emperador Fernando III y de María Ana de Austria (hermana de Felipe IV), con el objetivo de asegurar la continuidad dinástica en el trono.