Małżeństwo 15 lipca 1909 Alfons ożenił się z księżniczką Beatrix Sachsen-Coburg (1884–1966), córką Alfreda, księcia Edynburga (syna królowej Wiktorii) i Marii Aleksandrowny (córki cara Aleksandra II). Ceremonia odbyła się w obrządku katolickim w kościele św. Augustina w Coburgu i obrządku protestanckim w pałacu Callenberg. Krążyły plotki, że małżeństwu przeciwna była hiszpańska jak i angielska rodzina królewska – z uwagi na odmienne wyznania małżonków, ale okazały się nieprawdziwe. Król Alfons XIII miał sam zachęcać kuzyna do ślubu i zdobyć dyspensę, dzięki której ślub odbył się w obu obrządkach. Alfons i Beatrycze mieli trzech synów: Alváro (1910–1997), męża Carli Parodi-Delfino Alfonso (1912–1936), zmarłego bezdzietnie Ataulfo (1913–1974), zmarłego bezdzietnie

W sierpniu 1913 Beatrycze została przyjęta na łono kościoła katolickiego.