Через положенное время императрица родила… девочку. Вскоре после этого Франц Стефан обосновался в Хофбурге и на несколько лет остался при дворе Карла, учился, сопровождал императора на охоту. Не имея собственного сына, император в этом юноше увидел возможность осуществления своих отцовских чувств. Постепенно заговорили о том, что во дворце воспитывается жених для старшей дочери императора. Красивая, здоровая и неглупая девушка была окружена претендентами на ее руку. Среди них были сын испанского короля Филиппа V Бурбона дон Карлос, португальский принц Эмануэль (после отказа он стал монахом-доминиканцем), прусский кронпринц Фридрих. Возможно, любой из этих союзов был бы более выгоден Австрии с точки зрения политической. Но как это нечасто бывает в монарших семьях, все решила любовь.
Стефан однажды надолго уехал в свои итальянские земли, и девушка призналась, что сразу поняла, что полюбила его на всю жизнь, когда он вернулся. Что удивительно, это оказалось правдой.
Свадьба Франца Стефана и Марии Терезии, тем не менее, зависела не только от пожеланий влюбленных и их родителей. Имперские министры долго взвешивали все за и против разных вариантов брачного союза наследницы престола, а французский король решил использовать ситуацию, чтобы приобрести Лотарингию: Франция соглашалась признать Прагматическую санкцию только в обмен на герцогство. Правда, в качестве компенсации герцог Лотарингский должен был получить Великое герцогство Тосканское. Францу это решение далось нелегко. Когда ему принесли акт об отречении, он трижды его откладывал, просто не в силах поставить подпись. Неизвестно, сколько бы это продолжалось, если бы один из министров не сказал: «Нет отречения, нет и эрцгерцогини». Эти слова убедили молодого герцога, и Франц подписал документ.
12 февраля 1736 года Франц и Мария Терезия поженились, но перед свадьбой молодожены пообещали, что не будут претендовать на наследство, если у императора Карла VI родится сын, и откажутся от наследства, если в их браке не будет сына, а мужской потомок родится у Марии Анны, младшей сестры Марии Терезии. Отдельно оговаривалось, что Франц не получит никаких прав наследования земель Габсбургов.
После торжественной свадьбы молодые удалились на медовый месяц, который превратился в три медовых месяца, и провели они его в Тоскане, в итальянских владениях Франца Стефана. В 1737 году молодой супруг эрцгерцогини был назначен главнокомандующим австрийскими войсками для ведения войны с Турцией. Впрочем, довольно скоро выяснилось, что он ни к войне, ни к другим государственным делам не приспособлен. Он оказался фигурой не политической, не военной, а скорее домашней. Начав терпеть поражения в войне с Турцией, он через год, не завершив эту войну, вернулся в Вену в состоянии нервного срыва.