W tym czasie Karol walczył w Hiszpanii o tamtejszą koronę. Podczas uroczystości małżeństwa per procuram w Wiedniu reprezentował go jego brat, cesarz Józef I. W lipcu 1708 Elżbieta przybyła do Hiszpanii i 1 sierpnia w Barcelonie wzięła ślub z Karolem. Karol był synem cesarza Leopolda I i Eleonory Magdaleny von Pfalz-Neuburg, córki elektora palatyna Renu Filipa Wilhelma. Karol i Elżbieta mieli syna i trzy córki: Leopold Jan (ur. 13 kwietnia 1716, zm. 4 listopada 1716) Maria Teresa (ur. 13 maja 1717, zm. 29 listopada 1780), cesarzowa Świętego Cesarstwa Rzymskiego Maria Anna (ur. 26 września 1718, zm. 16 grudnia 1744), żona księcia Karola Lotaryńskiego Maria Amalia (ur. 5 kwietnia 1724, zm. 19 kwietnia 1730)
Karolowi nie udało się zdobyć hiszpańskiej korony, ale po śmierci brata w 1711 został cesarzem rzymsko-niemieckim, królem Węgier i Czech. Elżbieta została cesarzową. Dzięki swoim staraniom doprowadziła w 1733 do małżeństwa swojej siostrzenicy Elżbiety Krystyny z synem króla Prus Fryderykiem. Przeżyła męża o 10 lat. Zmarła w 1750.