A francia forradalom és a napóleoni háborúk után a bécsi kongresszus az európai hatalmi rend átfogó újraszabására törekedett. Luxemburg számára ez a fordulópont nem egyszerűen a korábbi hercegség visszaállítását jelentette, hanem egy új államjogi konstrukció megszületését: a Luxemburgi Nagyhercegség (francia: Grand-Duché de Luxembourg, német: Großherzogtum Luxemburg) létrehozását, amelyet a holland király perszonálunióban kormányzott, és amely egyidejűleg a Német Szövetség (német: Deutscher Bund) tagjává vált. E kettős kötődés – a holland királyi koronához és a német szövetségi rendhez – egyszerre tükrözte a nagyhatalmi kompromisszumokat és a terület stratégiai jelentőségét. A kongresszusi döntés értelmezéséhez ezért nem elegendő a jogi szövegek olvasata; meg kell vizsgálni a résztvevő hatalmak érdekeit, a helyi társadalom tapasztalatait és a rendezés bizonytalanságait is.
A bécsi kongresszus 1814–1815-ben a francia hegemónia összeomlása után kialakult vákuumban ült össze, hogy a győztes hatalmak – elsősorban Nagy-Britannia, Oroszország, Poroszország és az Osztrák Császárság, később a visszatérő Bourbon Franciaország – új európai egyensúlyt hozzanak létre. A tárgyalásokon a kisebb államok és a korábbi rendi testületek képviselői is jelen lehettek, ám a döntő alkuk a nagyhatalmak zárt köreiben születtek. Luxemburg kérdése ebben a keretben nem önállóan, hanem a holland–belga egyesítés és a német határvédelem összefüggésében került napirendre.
Az 1814-es első párizsi béke már elszakította a volt hercegséget Franciaországtól, de a terület jövőjét a kongresszus döntötte el. A nagyhatalmak számára Luxemburg elsősorban ütközőzónaként és katonai előretolt állásként funkcionált Franciaországgal szemben. E stratégiai szerepet a 18. századi osztrák erődítési munkálatok és a francia forradalmi háborúk ostromai egyaránt megerősítették. A kongresszus résztvevői közül Poroszország a Rajna-vidéki terjeszkedése miatt közvetlen szomszédként tekintett Luxemburgra, és a Német Szövetség nyugati védelmének kulcsaként kezelte. A Holland Királyság – amelyet 1815-ben a déli, korábban osztrák és francia fennhatóság alatt állt tartományokkal egyesítettek – szintén érdekelt volt a terület megszerzésében, mert a holland–belga állam déli határát akarta megerősíteni. Ausztria, amely a 18. században a Németalföld déli részét és Luxemburgot is birtokolta, a bécsi rendezés során lemondott e távoli, nehezen védhető területekről, cserébe az itáliai befolyásért. Nagy-Britannia a tengeri hatalmi egyensúly és a kontinentális stabilitás szempontjából támogatta a Németalföld egyesítését, hogy erős állam jöjjön létre Franciaország északi határán.
A kongresszusi jegyzőkönyvek és a résztvevő diplomaták levelezése – elsődleges forrásként – azt mutatják, hogy Luxemburg státusza több körben is vitatott volt. A döntő fordulat akkor következett be, amikor a holland király, I. Vilmos (holland: Willem I, francia: Guillaume Ier), beleegyezett abba, hogy a Német Szövetséghez csatolják a területet, és hogy a luxemburgi várban porosz helyőrség állomásozzon. Ez a kompromisszum tette lehetővé, hogy Luxemburg a holland koronához kerüljön, miközben a Német Szövetség és Poroszország katonai érdekei is érvényesültek. A döntés tehát nem a helyi lakosság kívánságából született, hanem a nagyhatalmi alkufolyamat eredménye volt. A dokumentált tények közé tartozik a kongresszus 1815. június 9-i záróokmányának (francia: Acte final du Congrès de Vienne) elfogadása, valamint a rendelkezések későbbi ratifikálása. A részletkérdések – például a határvonalak pontos meghúzása – további diplomáciai tárgyalásokat igényeltek, és a helyi földmérők munkája nyomán több vitás pont is fennmaradt.
A bécsi záróokmány 67–70. cikkelyei rendelkeztek Luxemburg új státuszáról. A volt hercegséget nagyhercegségi rangra emelték, és I. Vilmos holland király személyes uralma alá helyezték. A jogi konstrukció lényege az volt, hogy Luxemburg nem vált a Holland Királyság tartományává, hanem külön államalakulatként, a holland király perszonáluniójában maradt. Ez azt jelentette, hogy az uralkodó személye kötötte össze a két területet, de a jogrend, az igazgatás és a képviselet elvileg különvált. A gyakorlatban azonban I. Vilmos Luxemburgot sok tekintetben a holland–belga állam egyik tartományaként kezelte, ami később komoly feszültségekhez vezetett.
A perszonálunió fogalmát pontosan el kell különíteni a reáluniótól. Reálunió esetén a két állam közös intézményeket és jogszabályokat is működtetett volna; ilyen volt a korábbi dán–norvég állam. A bécsi rendezés azonban formálisan perszonáluniót hozott létre, mert a nagyhatalmak nem akarták, hogy Luxemburg teljesen beolvadjon a holland–belga királyságba, és mert a Német Szövetség tagsága is különálló jogalanyt feltételezett. A megkülönböztetés fontos a későbbi válságok megértéséhez: az 1830-as belga forradalom idején a luxemburgi terület nagy része a belga felkelőkhöz csatlakozott, miközben a várat porosz helyőrség tartotta; ez a feszültség csak az 1839-es londoni rendezéssel oldódott meg, amelynek tárgyalása a következő fejezetre tartozik.
A nagyhercegség létrehozásának nem volt hosszú helyi előzménye; a nagyhercegi rang a korabeli európai hierarchiában a hercegség és a királyság között állt. A cím megadása szimbolikus aktus volt, amelynek célja az új államalakulat súlyának növelése és a holland király presztízsének elismerése volt. A záróokmány szövegében azonban a jogi megfogalmazás több ponton bizonytalan maradt, például a nagyhercegség és a Német Szövetség viszonyában. A későbbi jogtörténeti irodalom – másodlagos forrás – ezért gyakran hangsúlyozza, hogy az 1815-ös rendezés jogi értelemben kétértelmű volt, és a perszonálunió pontos tartalmát csak a későbbi nemzetközi szerződések tisztázták.
A bécsi kongresszus nem csupán rangot adott Luxemburgnak, hanem területileg is átalakította. A volt hercegség keleti, zömében német nyelvű részeit – köztük Bitburg, Sankt Vith és a környező vidékek – Poroszországhoz csatolták. E területi veszteségek pontos határait a záróokmány mellékletei és a későbbi határbizottsági jegyzőkönyvek rögzítették, de a helyi lakosság számára a változás gyakran csak fokozatosan, a porosz közigazgatás bevezetésével vált érzékelhetővé. A területi becslések szerint a nagyhercegség a korábbi hercegség mintegy kétharmadát foglalta magában, ám a pontos arányok vitatottak, mert a forradalmi korszak megyehatárai és a korábbi hercegség határai nem fedték egymást. A mai Luxemburg területe ennél is kisebb, mivel az 1839-es londoni egyezmény további nyugati, zömében vallon nyelvű részeket csatolt Belgiumhoz.
A területi rendezés szerves része volt a Német Szövetség nyugati határának megerősítése. A szövetséget 1815-ben 39 német állam és szabad város alkotta; Luxemburg nagyhercegségként lett tagja. E tagság jogi következménye az volt, hogy a szövetségi gyűlésben képviselettel rendelkezett, és a szövetségi katonai kötelezettségek is vonatkoztak rá. A gyakorlatban a legfontosabb elem a luxemburgi szövetségi erőd (német: Bundesfestung Luxemburg) volt, amelyet a szövetség közös védelmére jelöltek ki, és amelynek fenntartását a tagállamok hozzájárulásaiból finanszírozták. Az erődben porosz csapatok állomásoztak, ami Poroszország befolyását közvetlenül jelenítette meg a nagyhercegség területén.
A záróokmány rendelkezései és a későbbi kiegészítő szerződések alapján a nagyhercegség kettős kötődése jött létre: a holland király perszonáluniója révén a holland–belga állam felé, a Német Szövetség tagsága révén pedig a német államrendszer felé. Ez a kettősség a 19. század folyamán folyamatos feszültség forrása lett. A holland király számára Luxemburg stratégiai ütköző és személyes birtok volt, a Német Szövetség számára szövetségi erőd, a helyi elit számára pedig egy olyan entitás, amelynek jövője a két nagyobb szomszéd érdekeitől függött. A lakosság túlnyomó része katolikus volt, és a francia forradalmi időszak után az egyház szerepének visszaállítását várta; a protestáns holland király perszonáluniója ebből a szempontból vallási feszültséget is hordozott.
A bécsi rendezés után a nagyhercegség jogállását és belső igazgatását a holland király rendeletei és a korábbi intézmények maradványai alakították. I. Vilmos a holland–belga állam alaptörvényét (holland: Grondwet) terjesztette ki a déli tartományokra, és Luxemburgot a királyság 18. tartományaként kezelte, noha a bécsi záróokmány elvileg különálló államalakulatként határozta meg. Ez a gyakorlati beolvasztás ellentmondott a perszonálunió jogi logikájának, és a helyi elitek egy részében ellenállást váltott ki, különösen a francia korszakban megszerzett jogok és a Code civil védelme terén.
A közigazgatásban a francia forradalmi időszak által bevezetett struktúrák részben tovább éltek, de fokozatosan átszervezték őket a holland–belga modell szerint. A községi önkormányzatok (francia: communes, német: Gemeinden) megtartották helyi szerepüket, ám a kinevezési jogok a királyi hatóságokhoz kerültek. A tartományi gyűlésben Luxemburg képviselete a lakosságarányhoz képest korlátozott volt, és a nagyhercegség gazdasági érdekei – így a vaskohászat és a mezőgazdaság – háttérbe szorultak a belga ipari tartományokkal szemben. A helyi elit egy része elfogadta a holland uralmat, mert remélte a békés konszolidációt és a francia megszállás után a jogbiztonság visszatérését; más részük viszont a katolikus egyház és a francia nyelv védelme miatt bizalmatlan volt a protestáns holland kormányzattal szemben.
A vallási kérdés a bécsi rendezés után is érzékeny maradt. A francia forradalmi időszak szekularizációja és a katolikus egyházi javak államosítása mély nyomot hagyott. A bécsi kongresszus nem állította vissza teljes egészében az 1789 előtti egyházi viszonyokat, de a holland–belga állam alatt a katolikus egyház fokozatosan visszanyerte intézményi szerepét. A protestáns király személye azonban a helyi katolikus lakosság számára folyamatosan idegennek tűnt, ami a későbbi belga forradalom egyik mozgósító tényezője lett. Itt a források nem mindig teszik lehetővé a vallási érzület és a politikai lojalitás pontos szétválasztását; a kortárs jelentések gyakran vegyesen hivatkoznak gazdasági sérelmekre, nyelvi és vallási feszültségekre.
A bécsi kongresszus döntéseit a luxemburgi lakosság nem választott képviselők útján élte meg, hanem a mindennapi közigazgatási, katonai és vallási változásokon keresztül. A francia közigazgatás utolsó évei után a holland–belga hatóságok érkezése új adóterheket, beszállásolási kötelezettségeket és a porosz helyőrség jelenlétét hozta magával. A francia nyelvű hivatali gyakorlat részben fennmaradt, de a holland központi kormányzat flamand és holland nyelvű rendeletei a helyi elit egy részében idegenkedést váltottak ki. A német szövetségi tagság miatt a német nyelvű hivatali kapcsolatok is erősödtek, ami a nagyhercegség többnyelvű jellegét tovább bonyolította.
A gazdasági életben a kontinentális zárlat megszűnése után a piaci kapcsolatok fokozatosan helyreálltak, de a háborús pusztítás és a katonai megszállás terhei nem szűntek meg azonnal. A porosz helyőrség fenntartása a helyi lakosság számára élelmiszer-beszerzési és beszállásolási kötelezettségekkel járt. A forrásokban fennmaradt panaszok szerint e terhek egyenlőtlenül oszlottak meg, és a városi szegényebb rétegeket aránytalanul sújtották. Ugyanakkor a nagyhercegség stratégiai jelentősége némi gazdasági előnyt is jelentett a városi kézműveseknek és kereskedőknek, akik a helyőrség ellátásából profitálhattak.
A helyi politikai tudat a bécsi korszak első éveiben még nem szerveződött modern nemzeti mozgalommá. A rendi hagyomány, a katolikus egyházi hálózat és a francia forradalmi tapasztalat egymással versengő lojalitásokat hozott létre. A kortársak számára a „luxemburgi identitás” elsősorban a helyi kiváltságok és a katolikus vallás védelmét jelentette, nem pedig egy elképzelt nemzeti állam iránti hűséget. Ezt a megkülönböztetést a későbbi nemzeti történetírás gyakran elmosta, visszavetítve a 19. század végi nemzeti kategóriákat az 1815-ös helyzetre. A forráskritikai olvasat ezért azt javasolja, hogy a nagyhercegség létrejöttét ne úgy értsük, mint egy „luxemburgi nemzeti állam” születését, hanem mint egy nagyhatalmi rendezésből fakadó új államjogi keretet, amely a lakosság többsége számára idegen uralmi struktúrát jelentett.
Az 1815-ös bécsi rendezésről szóló tudásunk elsősorban a kongresszus hivatalos okmányain, a résztvevő hatalmak diplomáciai levelezésén és a záróokmány nyomtatott kiadásain alapul. E források elsődleges forrásnak minősülnek, amennyiben a korszak szereplői hozták létre őket, és közvetlen bizonyítékul szolgálnak a jogi rendelkezésekről. A záróokmány szövege viszonylag pontosan rekonstruálható, de a tárgyalások belső folyamataihoz a diplomáciai jelentések hiányosak lehetnek; a nagyhatalmak zárt alkui gyakran nem hagytak hivatalos jegyzőkönyvet. A dátumok tekintetében a kongresszus iratai általában a Gergely-naptárt használják, így az átszámítási bizonytalanság kisebb, mint a francia forradalmi naptár esetében, de a ratifikációk időpontja országonként eltérhet.
A területi veszteségek pontos mértékét illetően becslésekre kell hagyatkoznunk. A záróokmány mellékletei és a későbbi határbizottsági jelentések rögzítik a határvonalakat, de a korabeli térképek pontossága változó, és a helyi közigazgatási gyakorlatban viták maradtak fenn. A lakosságszámra vonatkozó adatok szintén becslések; a korszakban nem készültek modern értelemben vett népszámlálások, ezért a történeti demográfiai irodalom eltérő számokat közöl. A perszonálunió jogi természetének értelmezése vitatott értelmezés a jogtörténetben: egyes szerzők a bécsi záróokmány szó szerinti olvasatából indulnak ki, mások a gyakorlati beolvasztás tényét hangsúlyozzák. Ez nem egyszerű filológiai vita, hanem a későbbi nemzetközi jogi folyamatok – különösen az 1839-es londoni rendezés – fényében utólagosan meghatározott kérdés.
A lakosság tapasztalatairól kevesebb közvetlen forrás áll rendelkezésre. A holland–belga hatóságok jelentései, a katolikus egyházi iratok és a helyi kérelmek, panaszok együttesen rajzolnak képet, de ezek gyakran az intézményi szempontot tükrözik, nem a társadalom egészét. A paraszti és munkásrétegek hangja a hivatalos dokumentumokban alulreprezentált, ezért a mindennapi tapasztalatok rekonstrukciója csak óvatos következtetésekkel lehetséges. A történetírásban időnként megjelenő állítás, miszerint a luxemburgi lakosság egyértelműen elutasította vagy támogatta volna a holland perszonáluniót, emlékezetpolitikai egyszerűsítés; a források ennél összetettebb, rétegenként és településenként eltérő viszonyulást mutatnak.