Anche Elisabetta contribuì ad imparentare la propria casata con un'altra importante dinastia europea: suo padre infatti la diede in sposa ad un Wittelsbach, ossia a Massimiliano di Baviera. Carlo III, profondamente cattolico, rimase tuttavia neutrale dinanzi alle guerre di religione che insanguinavano la Francia e l'Europa. Scese in campo però quando salì al trono il cognato protestante, nonché zio materno di Elisabetta, Enrico IV di Francia. Il matrimonio di Elisabetta di Lorena con l'elettore di Baviera ebbe lo scopo di suggellare l'alleanza tra i principi rimasti fedeli alla Chiesa cattolica.
Il matrimonio venne celebrato a Nancy il 5 febbraio 1599[1].
Dopo 37 anni di matrimonio però Elisabetta non riuscì a dare alla luce nessun figlio[2].
All'inizio dell'anno 1635 la coppia ducale per paura della minaccia della peste dovette rifugiarsi nel monastero Ranshofen vicino a Braunau am Inn, dove Elisabetta morì il 4 gennaio. La sua tomba si trova nella Chiesa di San Michele a Monaco di Baviera. Il suo cuore e le sue viscere furono sepolti separatamente e si trovano nel Santuario della Madonna di Altötting.
Dopo la sua morte Massimiliano dovette risposarsi pochi mesi dopo per assicurare la successione del ducato.
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