Najpierw zamieszkała z matką w Eskurialu, potem przeniosła się do Alkazaru w Sewilli i wreszcie do Madrytu.
Małżeństwo 6 maja 1886 w Madrycie, Eulalia poślubiła swojego brata ciotecznego - infanta Antoniego Orleańskiego, księcia Galliera, syna Antoniego Orleańskiego, księcia Montpensier i infantki Ludwiki Ferdynandy Hiszpańskiej. Ślubu udzielił im kardynał Zeferino González y Díaz Tuñón, arcybiskup Sewilli. Ceremonię odłożono w czasie o kilka miesięcy z powodu żałoby po śmierci brata Eulalii - króla Alfonsa XII. Eulalia i Antoni spędzili miesiąc miodowy w Pałacu Królewskim w Aranjuez. Para miała troje dzieci: infanta Alfonsa de Orleans y Borbón (1886–1975), księcia Galliera, męża Beatrycze Sachsen-Coburg und Gotha infanta Ludwika Ferdynanda de Orleans y Borbón (1888–1945), męża Marie Say infantkę Robertę de Orleans y Borbón (ur. i zm. 1890)
Po urodzeniu się ich młodszego syna, Eulalia i jej mąż rozstali się. Oficjalnie nigdy się nie rozwiedli, ale Eulalia mieszkała sama w Hiszpanii i Paryżu, a także często odwiedzała Anglię.