Ponowny rozkwit ziem dzisiejszego Luksemburga, pozostających w centrum państwa Franków, przyniosło panowanie Karolingów. Sytuację zmienił jednak traktat z Verdun z 843, na mocy którego dokonano podziału państwa Franków. Ziemie Luksemburga, początkowo należące do władztwa Lotara I, stały się (szczególnie po bezpotomnej śmierci Lotara II w 869) celem ekspansji państwa wschodniofrankijskiego i zachodniofrankijskiego. Starcia o ten rejon toczyły się przez następne dziesięciolecia, a ziemie te przechodziły z rąk do rąk. Na mocy drugiego układu z Verdun z 925 Lotaryngia, obejmująca wówczas ziemie Luksemburga, miała pozostać w granicach państwa wschodniofrankijskiego.
Hrabiowie Luksemburga thumb|130px|Pierwszy luksemburski hrabia, Zygfryd Rok 963 jest uznawany powszechnie za moment powstania Luksemburga. Wówczas to wywodzący się z potężnego lokalnego rodu Zygfryd kupił od opactwa benedyktyńskiego św. Maksymina w Trewirze castellum quod dicitur Lucilinburhuc – niewielki zamek zbudowany na skale nad rzeką Alzette, w strategicznym miejscu przy dawnej drodze rzymskiej. Rozpoczął tam budowę nowego zamku, wokół którego rozrastała się osada Luksemburg. Sam Zygfryd jest dziś uznawany za pierwszego hrabiego Luksemburga, choć sam nie posługiwał się tym tytułem.