El 5 de mayo de 1873 contrajo matrimonio en la Iglesia del Espíritu Santo de Valparaíso una joven pareja; Carmela Carvajal de 21 años, y Arturo Prat de 25, en ese entonces, un joven oficial de la Armada de Chile.
Ambos mantenían un noviazgo desde al menos 4 años, pero Prat no pidió la mano de su futura esposa hasta asegurar su asenso como capitán de corbeta, hecho que finalmente sucedió en 1873. Su primera hija nace al año siguiente, pero falleció un par de meses más tarde, hecho que dejó consternada a la joven Carmela, y también a Arturo, quien recibió la noticia estando a bordo de un buque en Mejillones.
Tras este aciago hecho, la pareja tuvo dos hijos más, Blanca Estela y Arturo. Ambos chicos crecieron sanos y llegaron a la edad adulta, llegando a tener descendencia. La nueva familia residía en Valparaíso, siendo frecuentas las ausencias de Prat, debido a su oficio de marino y las diversas destinaciones que le daba la Armada.
TRAGEDIA
Conocidos son los detalles del Combate Naval de Iquique de 1879, en donde Prat pierde la vida a los 31 años tratando de abordar el monitor Huáscar. Carmela se entera de la noticia un par de días después y, más allá de los pésames y mensajes de admiraciones por el arrojo de su marido, queda abatida de por vida. Tenía 28 años.
Dos semanas después recibió una inesperada carta. La misiva fue escrita de puño y letra por Miguel Grau, almirante peruano del monitor Huáscar, responsable directo de la muerte de su esposo:
Al ancla, Pisagua, Junio 2 de 1879 Dignísima señora:
«Un sagrado deber me autoriza a dirigirme a Ud. y siento profundamente que esta carta, por las luchas que va a rememorar, contribuya a aumentar el dolor que hoy justamente debe dominarla. En el combate naval del 21 pasado que tuvo lugar en las aguas de Iquique, entre las naves peruanas y chilenas, su digno y valeroso esposo, el capitán de fragata don Arturo Prat, comandante de la “Esmeralda”, como usted no lo ignorara ya, fue víctima de su temerario arrojo en defensa y gloria de la bandera de su patria. Deplorando sinceramente tan infausto acontecimiento y acompañándola en su duelo, cumplo con el penoso y triste deber de enviarle las para usted inestimables prendas que se encontraron en su poder, y que son las que figuran en la lista adjunta. Ellas le servirán indudablemente de algún consuelo en medio de su desgracia y por eso me he anticipado a remitírselas. Reiterándole mis sentimientos de condolencia, logro, señora, la oportunidad para ofrecerle mis servicios, consideraciones y respetos con que me suscribo de usted, señora, muy afectísimo seguro servidor».
Carmela respondió la carta agradeciendo la caballerosidad del capitán del Huáscar, y atesoró de por vida los objetos rescatados del cuerpo de su esposo. Uno de estos, la espada, la cual fue donada por sus descendientes al Museo Naval de Valparaíso, en donde se encuentra en exhibición.
Pese al gran legado de Prat y a los anuales desfiles y homenajes cada 21 de mayo, Carmela se marginó de la vida social, no asistiendo a los eventos públicos pese a las invitaciones y prefiriendo la soledad de su hogar. No se volvió a casar ni mantuvo nuevas relaciones afectivas.
Por haber sido esposa del máximo héroe naval de Chile, recibió una pensión vitalicia del Estado —otorgada el 12 de septiembre de 1879, la pensión estatal fue de $2400 anuales (generosa si se compara con el sueldo mensual de Prat de $300 y con la otorgada a la marinería sobreviviente de la Esmeralda); fue aumentada a $6000 en 1880 y a $18 000 en 1912—, así como una ayuda para los hijos en sus estudios de $500 anuales.
Posteriormente se trasladó a vivir a Curimón (ubicado a 5 kilómetros al este de la ciudad de San Felipe, Región de Valparaíso) y, tras un incendio que destruyó su hogar, regresó a Santiago. Pese a ser visitada por altos dignatarios y oficiales de la Armada (tanto de Chile como de Perú), prefirió no salir en fotos ni actos oficiales.
Falleció el 16 de agosto de 1931 a los 79 años, y en su abrigo fue hallado el retrato de su juventud que ella obsequió en su noviazgo a Prat, el cual el portó en su chaqueta guerrera el día del combate, y que fue rescatada por los marinos del Huáscar para reenviárselo a la viuda, junto con la espada y el anillo de matrimonio.