Il duca d'Orléans accompagnò sua figlia fino a Juvisy-sur-Orge (18 km a sud di Parigi), e la comtesse de Lillebonne l'accompagnò per tutto il percorso verso la Savoia. Conobbe suo marito Vittorio a Chambéry il 6 maggio, nozze di persona vennero celebrate dall'Arcivescovo di Grenoble. Due giorni dopo, i novelli sposi fecero il loro "ingresso trionfale" a Torino.
Il primo degli otto figli che partorì fu Maria Adelaide, la cui nascita quasi costò la vita ad Anna Maria a cui fu prontamente somministrata l'estrema unzione.[3] Maria Adelaide avrebbe poi sposato Luigi, Duca di Borgogna, nipote di Luigi XIV nel 1697, e fu la madre di Luigi XV. Ma sia lei che suo marito morirono prima di poter succedere al trono.
Suo marito ebbe due figli da Jeanne. Tuttavia, quando si ammalò di vaiolo, Anna Maria lo curò fino alla sua guarigione.
Regina consorte
Ritratto di Anna Maria d'Orléans con la corona ducale dei Savoia, 1684, Pierre Gobert
Alla morte di suo padre nel giugno 1701, il suo fratellastro diventò il nuovo Duca d'Orléans. Il 2 novembre 1701, la sua terza figlia femmina, Maria Luisa, allora appena tredicenne, sposò Filippo di Francia, duc d'Anjou, che era appena diventato re Filippo V di Spagna. La giovane principessa sarebbe diventata Reggente di Spagna mentre suo marito era via nella campagna in Italia.
Nonostante il suo legame matrimoniale con la Francia, Vittorio Amedeo aderì al versante antifrancese nella guerra di successione spagnola. Nel 1706, Torino fu assediata dalle forze francesi sotto il comando del fratellastro di Anna Maria, Filippo d'Orléans, e dalle forze spagnole di suo cugino e cognato Filippo V. Lei e i suoi figli maschi Vittorio Amedeo e Carlo Emanuele furono obbligati a fuggire dalla città.
Quando la guerra terminò nel 1713 con il Trattato di Utrecht, Vittorio Amedeo ricevette il Regno di Sicilia, in precedenza possedimento spagnolo. La matrigna di Anna Maria, Madame, la Duchessa d'Orléans, scrisse: Né guadagnerò né perderò dalla pace, ma la sola cosa di cui godrò è vedere la nostra Duchessa di Savoia diventare una regina, perché le voglio bene come se fosse mia figlia...[4] Egli fu obbligato a scambiare la Sicilia per il dominio meno importante della Sardegna nel 1720, ma mantenne il titolo di Re.
La regina Anna Maria morì per insufficienza cardiaca nella sua villa il 26 agosto 1728, il giorno prima del suo 59º compleanno. Fu sepolta nella Basilica di Superga a Torino, dove tutti i suoi figli, con l'eccezione di Maria Adelaide e Maria Luisa, sono sepolti.
Suo marito, Vittorio Amedeo II, abdicò in favore di suo figlio nel 1730, e morì due anni dopo a Moncalieri, dopo essersi risposato morganaticamente.
Successione giacobita
Dal 1714 al 1720, Anna Maria d'Orléans fu l'erede presuntiva alle rivendicazioni giacobite ai troni di Inghilterra, Scozia e Irlanda. Queste rivendicazione erano detenute a suo tempo da Giacomo Francesco Edoardo Stuart ("il Vecchio Pretendente", figlio di Giacomo II). Anna Maria diventò l'erede presunta con la morte della sorella di Giacomo la regina Anna di Gran Bretagna nel 1714. Infatti in Gran Bretagna, Giacomo Francesco Edoardo Stuart non era considerata legittimo, e quindi alla morte di Anna Stuart la prima in successione sarebbe stata lei, ma esclusa dall'Act of Settlement. Fu rimpiazzata come erede dalla nascita del figlio del Vecchio Pretendente, Carlo Edoardo Stuart ("Bonnie Prince Charlie"), il 31 dicembre 1720. Carlo Edoardo e suo fratello, il cardinale Stuart, morirono entrambi senza prole legittima, così i discendenti di Anna Maria d'Orléans ereditarono le pretese giacobite, vale a dire che essi avrebbero ereditato la corona britannica se non fosse stato per l'Act of Settlement, che escludeva le pretese dei cattolici Stuart e d'Orléans e assegnava il trono ai parenti protestanti più prossimi, gli Hannover.
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