Der Wiener Kongress begründet 1815 das Großherzogtum Luxemburg, das unter niederländische Herrschaft kommt und Mitglied des Deutschen Bundes wird. Die Festung hat für Preußen wegen ihrer exponierten Lage zu Frankreich einen hohen Wert. Die von den Franzosen vernachlässigten Festungsanlagen werden wiederhergestellt und modernisiert. Ab 1859, macht die Eisenbahn den Bau modernster Forts erforderlich. Die Festung verliert jedoch zunehmend an strategischer Bedeutung, da sich die neue Geschütztechnik rasant weiterentwickelt.
In Stadt und Land ist auch die militärische Präsenz der Niederländer deutlich spürbar. Zusammen mit ehemaligen preußischen Soldaten bilden die niederländischen Offiziere 1841 das Bundeskontingent (das sich aus Ulanen, Husaren und anderen Einheiten zusammensetzt). Sie werden zum Teil die luxemburgische Staatsbürgerschaft erwerben. Infolge der belgischen Revolution von 1830 fällt Luxemburg unter zwei Verwaltungen: die der Orangisten, also der Anhänger des niederländischen Königshauses, in der Festungsstadt und die der Belgier im Rest des Landes. Der Londoner Vertrag von 1839 schreibt Luxemburg als unabhängigen Staat in seinen heutigen Grenzen fest. Der wallonische Teil wird Belgien zugesprochen, das Bitburger Land war schon 1815 Preußen zugeschlagen worden.
Das 19. Jahrhundert steht auch für das aufblühende Bürgertum, zu dessen Porträtmaler Jean-Baptiste Fresez wird. Obwohl es zu Heiraten zwischen Angehörigen des Militärs und Bürgerinnen kommt, führt das neue Selbstverständnis zu Konflikten zwischen Soldaten und Zivilbevölkerung. Händel mit preußischen Soldaten sind an der Tagesordnung, manche werden sogar durch Duelle geklärt. Die Garnison ist ein wichtiger Wirtschaftsfaktor für die Stadt. Luxemburg wird 1842 Mitglied des Deutschen Zollvereins, ein Zusammenschluss von deutschen Staaten für den Bereich der Zoll- und Handelspolitik, und erhält so Zugriff auf Märkte, Kapital und Arbeitskräfte jenseits des Rheins. Nicht zuletzt durch die Eisenbahn siedeln sich neue Industrien an.
