Aos quinze anos, Carlos foi viajar com os pais para visitar as suas irmãs mais velhas nas cortes de São Petersburgo e Estocolmo. Durante a visita à Suécia, o seu pai morreu quando caiu da carruagem onde ambos seguiam a 15 de Dezembro de 1801. Carlos assistiu ao acidente.
Devido à forte influência francesa que existia na corte de Baden, Carlos foi forçado a casar-se com Estefânia de Beauharnais, uma filha adoptiva de Napoleão I de França, em Paris, no dia 8 de Abril de 1806. O casamento aconteceu mesmo apesar do facto da sua mãe e irmãs se oporem. Carlos, segundo relatos da época, teria preferido casar-se com a sua prima, a princesa Augusta da Baviera. O casal só conseguiu ter a primeira filha cinco anos depois do casamento.[2]
Carlos foi para a guerra em 1807 como comandante do contingente de Baden sob ordens do marechal Lefebvre. Lá, combateu no cerco de Danzig.
Em 1808, Carlos regressou a casa para governar junto do seu avô, cuja idade avançada começava a reflectir-se nas suas capacidades de governo, o que levou a que Carlos fosse nomeado co-regente. Tinha vinte e cinco anos de idade quando sucedeu ao seu avô.
Como o grão-duque Carlos não teve nenhum filho varão que tenha vivido mais de um ano, quando morreu foi sucedido pelo seu tio, o grão-duque Luís I. Houve rumores de que Kaspar Hauser era seu filho e, por isso, o verdadeiro príncipe-herdeiro, mas chegou-se à conclusão que essa afirmação era falsa.
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