In oktober 1888 ging Stefanie, bezorgd over de depressieve – zelfs suïcidale – neigingen van haar echtgenoot, naar keizer Franz Joseph I om hem te waarschuwen, maar ze kon hem niet overtuigen over de toestand van zijn zoon. Ze herinnert zich:
“De keizer begroette me hartelijk. Ik begon hem te vertellen dat Rudolf erg ziek was en dat zijn zielige uiterlijk en zijn losbandige gedrag me ernstige zorgen baarden; ik smeekte hem om zijn zoon een lange reis te laten maken om hem af te leiden van zijn slopende bestaan. Maar de keizer onderbrak me: ” Het is je verbeelding die geesten voor je creëert. Rudolf doet het heel goed. Hij ziet er een beetje moe uit, hij is te vaak onderweg, hij spant zich te veel in. Hij moet meer bij je blijven; maar wees niet bang! “.
Rudolf onderhield andere contacten, met name met de 17-jarige barones Marie Vetsera vanaf ongeveer april 1888. Stefanie werd weduwe op 24-jarige leeftijd toen haar man op 30 januari 1889 onder vreemde omstandigheden dood werd aangetroffen met zijn minnares barones Vetsera, beiden doodgeschoten, in het jachthuis Mayerling. De schijnbare zelfmoord van de kroonprins trof Stefanie diep en vormde, in de woorden van Irmgard Schiel, “de grootste catastrofe die een vrouw in haar huwelijksleven kan treffen”. Aan Stefanie had Rudolf een ongedateerde brief achtergelaten:
“Lieve Stefanie, je bent verlost van mijn fatale aanwezigheid; wees gelukkig in je lot. Wees goed voor de arme kleine die het enige is dat van mij over is. […] ik ga rustig de dood in, die alleen mijn goede reputatie kan redden. Ik kus je met heel mijn hart, je Rudolf die van je houdt”
Na de zelfmoord van hun zoon richtte het keizerspaar, keizer Franz Joseph en keizerin Sisi, in eerste instantie hun pijlen op Stefanie, die de schande moest verdragen. Als weduwe werd de aartshertogin gedoogd in Wenen want ze was toch nog steeds de schoondochter van de keizer. Ze mocht al haar juwelen en voorrechten behouden zolang ze niet opnieuw huwde.