约翰中毒身亡后，由于萨克森人的入侵和市民叛乱，伊丽莎白被赶出卢森堡。她被迫与法兰西的勃艮第的君主菲力浦于1411年签订埃丹条约，任命菲力浦为摄政兼卢森堡总督，卢森堡遂为勃艮第公爵所控制。16世纪初，卢森堡转归哈布斯堡王朝的查理一世统治，1556年又转归西班牙国王统治。16世纪末起，卢森堡的冶铁业开始发展起来，工厂建造在森林深处的河边，并且尽可能靠近矿区，17世纪冶炼厂达到近百个，生铁总产量超过200吨。

17世纪卢森堡卷入“三十年战争”，卢森堡加入西班牙一方时法国作战。战争给公国带来了严重的灾难，人民陷于饥饿之中，国疫也突然蔓延开来，战争期间公国损失了四分之三的人口。1659年西班牙战败投降，与法国签订《比利牛斯和约》，规定把卢森堡南部法语区割让给法国，其中包括提翁维尔、伊瓦、蒙梅迪及其附属地，卢森堡全国遭到第一次瓜分。1684年由沃邦指挥的法军攻占卢森堡公国的都城，并进而占领卢森堡全境，法国的占领一直持级到1697年。为了使西班牙国王立下对法国有利的遗嘱，法国路易十四于1697年通过《雷斯威克条约》把公国让给西班牙查理二世。1714年西班牙王位继承战争结束，根据《拉斯塔特条约》，卢森堡随西属尼德兰一起转归奥地利。1715—1795年卢森堡处于奥地利哈布斯堡王朝的统治下，在这期间，卢森堡实行了某些改革，打击等级特权，颁布废除农奴制的法令等，从而削弱了封建贵族的势力。