V roce 1880 se Rudolf se seznámil s princeznou Stephanií, dcerou krále Leopolda II. a Marie Henriety. Svatba byla 10. května 1881, zprvu byl Rudolf své manželce oddaný a ona ho velice ráda doprovázela na společenské akce a byla ochotná udělat vše, aby jejich společný život byl co nejpříjemnější.
Po svatbě žili v Praze, na jaře 1883 Stephanie otěhotněla a nadšený Rudolf o nenarozeném dítěti mluvil jako o Václavovi. 2. září se ale narodila holčička, pojmenovali ji Alžběta (v rodině jí říkali „Erži“). Mladá maminka byla nešťastná, že Rudolfovi nedala vytouženého syna, ale ten byl tří a půl kilovým miminkem nadšený.
František Josef měl Rudolfa velmi rád a podporoval ho ve všech směrech vědy, spatřoval v něm ovšem liberálního a nedospělého mladíka. Císař měl rád tradiční roli důstojníků v armádě a nehodlal nic měnit, zato Rudolf hledal nová a efektivnější využití svých vojáků a to se nelíbilo ani arcivévodovi Albrechtu. Na jaře 1888 Rudolf předpokládal, že mu bude svěřeno velení druhého armádního pluku s velitelstvím ve Vídni. Namísto toho se Albrecht postaral, aby dostal podřízenou a pečlivě hlídanou funkci, dělanou přímo pro Rudolfa. Stal se generálním inspektorem pěchoty. Tou dobou se Rudolfovi začalo podlamovat zdraví. Trpěl revmatickými bolestmi a zánětem průdušek. K tomu si ještě vytvořil závislost na alkoholu a morfiu. Oslepující bolesti hlavy měl již od dětství, po pádu ze stromu, se teď projevovaly daleko častěji. I jeho manželství nebylo šťastné. Stephanie prodělala pohlavní nemoc, kterou jí nakazil Rudolf, po které již nemohla otěhotnět. Své časté nevěry Rudolf před svou manželkou vůbec netajil a oddával se jim, kde se dalo. U dvora se říkalo, že má nejméně třicet nemanželských dětí.
Problémové chování Rudolfa mělo císaře upozornit na jeho velkou změnu. Na jednom z císařských honů Rudolf dost nepromyšleně vystřelil v těsné blízkosti císaře a málem ho zranil nebo dokonce usmrtil. Tomu zabránil jeden z honáků, který se před císaře postavil a tím ho zachránil. Po tomto incidentu dostal Rudolf úplný zákaz účastnit se císařských honů. Císaři se nelíbila Rudolfova náklonnost k novinám, do kterých často přispíval. Před polednem 29. ledna Rudolf oznámil svým poddaným, že odjede na loveckou chatu v Mayerlingu. 30. 1. 1889 se císař dozvěděl hroznou zprávu, že před několika hodinami našli princ Filip a hrabě Hoyos tělo prince Rudolfa a jeho milenky Marie Vetseraové v jednom z pokojů lovecké chaty bez známek života. Rodina sice jako první zprávu veřejnosti sdělila, že korunní princ zemřel na selhání srdce, o dva dny déle přiznali princovu sebevraždu.
5. února se konal pohřeb, v jehož čele šel jen císař František Josef I. a jeho dcera Gisela. Rudolfova manželka Stephanie, matka a sestra Valerie se nezúčastnily. Průvod vedl z kaple v Hofburgu, kde byly ostatky uloženy, k Habsburské hrobce v kapucínském kostele. Rudolfem zastřelená Marie by nejspíš byla pohřbena někde v nevysvěcené a opuštěné hrobce. Císařova milenka a přítelkyně herečka Kateřina Schrattová se postarala o to, aby rodina Marii pohřbila důstojně.
Rudolf ve Vídni napsal spoustu dopisů na rozloučenou sestře, milence Mitzi Casparové, baronu Hirschovi a jiným přátelům. Jen dopis matce napsal těsně po zastřelení Marie, prosil v něm o odpuštění svého otce, císaři žádný dopis nenapsal. Rudolf v dopise napsal, že si František Josef nezasloužil mít takového syna a že zabil, proto nemá právo žít. Císař ani císařovna se z tohoto traumatu nikdy úplně nevzpamatovali.
Loveckou chatu v Mayerlingu zbourali pár dní po tragické události. Na jejím místě postavili kapličku a klášter pro karmelitánky.