Samme år som broren døde ble Troels Lund forlovet med sin halvkusine og barndomsvenninne Sigismunda Tillisch, og i 1868 stod bryllupet. Dette førte til fornyede anstrengelser for å finne en jobb, og etter sin kandidateksamen i teologi i 1866 tok Troels Lund doktorgraden i filosofi i 1871. Like før doktordisputasen hadde han fått en stilling ved Gehejmearkivet (nåværende Rigsarkivet) i København. Her hadde han arkivaren Adolf Ditlev Jørgensen som arbeidskollega.