Następnego dnia miała miejsce ceremonia zaślubin religijnych w Katedrze Notre Dame w Luksemburgu. Suknię panny młodej zaprojektowała Elie Saab. Druhnami zostały księżniczka Aleksandra i Antonia Hamilton, a świadkami książę Feliks, Don Lawrence Doimi de Frankopan, księżniczka Ludwika Stolberg-Stolberg i księżniczka Blanche Merode. Po zakończonej ceremonii małżonkowie udali się na balkon książęcego pałacu, by pozdrowić zgromadzonych tam poddanych.
W ślubie, ogłoszonym największym wydarzeniem w Luksemburgu od wielu lat, uczestniczyli reprezentanci licznych rodzin królewskich: król i królowa Belgów, królowa Belgii, książę i księżna Brabancji, car Bułgarii i caryca Bułgarii, królowa Danii, książę i księżna koronna Danii, książę koronny Japonii, księżna Hanoweru, hrabia i hrabina Wesseksu.
20 października wielki książę Luksemburga Henryk ogłosił dekret, w którym nadał swojej synowej tytuły: Jej Królewskiej Wysokości dziedzicznej wielkiej księżnej Luksemburga, dziedzicznej księżnej Nassau, księżnej Burbon-Parma.