En 1830, la révolution belge éclate et a pour conséquence la sécession des provinces belges qui se constituent en royaume autonome. Le Luxembourg, à l'exception de la ville de Luxembourg, forteresse fédérale germanique, fait cause commune avec la Belgique et est rattaché administrativement à celle-ci.
Le nouveau royaume de Belgique se dote en 1831 de la Constitution la plus moderne et la plus démocratique d'Europe. Le Luxembourg, sauf la capitale, est donc placé sous cette charte fondamentale.
Les pères de la Constitution belge, dont un certain nombre de Luxembourgeois, comme Etienne-Constantin de Gerlache, Jean-Baptiste Nothomb et Jean-Baptiste Thorn, ont longtemps débattu au sujet de l'institution d'un sénat. Finalement, l'idée d'un sénat, composé de membres représentant les différentes provinces et ayant le même pouvoir que la Chambre des représentants, a été retenue.
Le Conseil d'État néerlandais n'a toutefois pas été repris, rappelant pour beaucoup le souvenir du Roi Grand-Duc détesté et considéré comme étant superfétatoire. Ainsi, le ministre des Finances de l'époque déclare: « Grâce à la nouvelle Constitution qui régira notre patrie, nous n'avons plus à nous doter ni de secrétairerie d'État, ni de conseil d'État, institutions qui, dans un pays où le système représentatif est en vigueur, seraient toujours des superfétations. » Bientôt toutefois, l'absence d'un conseil d'État dans la confection des lois est regrettée par d'aucuns. Mais ce n'est qu'en 1946 que la Belgique se dote d'un conseil d'État.
Le rattachement de la quasi-totalité du territoire luxembourgeois à la Belgique cesse au moment où le Traité de Londres du 19 avril 1839 entre en vigueur. Ce traité consacre le partage du Luxembourg, cinq districts sur huit, situés à l'ouest du pays, allant à la Belgique. Les autres districts forment le Grand-Duché de Luxembourg, qui sera dorénavant un État autonome et souverain, placé sous la garantie des Grandes Puissances, avec comme monarque, le Roi des Pays-Bas.