Le 14 décembre 842 à Quierzy, Charles épouse Ermentrude d'Orléans (cf. Agilolfing). De cette union naquirent huit enfants :
Judith de France (v. 843-870) qui épouse 1) ép. en 856 Æthelwulf de Wessex (795-† 858), roi de Wessex (856-858), 2) ép. en 858 Æthelbald de Wessex (829-† 860), fils de son précédent époux, 3) ép. Baudouin Ier dit Bras de Fer (cf. Maison de Flandre)
Louis II dit le Bègue (846-879), roi des Francs (877-879). qui épouse en 862 Ansgarde de Bourgogne et en 878 Adélaïde de Frioul
Charles dit l'Enfant (?-866).
Carloman (fils de Charles le Chauve) (v. 847-† 876).
Ermentrude (?-?).
Hildegarde (?-?).
Rotrude (?-?).
Lothaire le Boiteux (v. 850-† 866), abbé de Saint-Germain d'Auxerre.
