A través de este vínculo, Carmela conoció al entonces joven cadete Prat durante las tertulias a las que asistían tanto Pedro Chacón como Concepción Chacón en Valparaíso.

Por tanto, para superar esta situación, decidió educarse y comenzó a estudiar leyes como alumno libre en el Instituto Nacional en 1871.

Tocaron las campanas nupciales en la parroquia Espíritu Santo (ex convento San Agustín) de Valparaíso.

Se tendió una alfombra roja por la que pasaron los novios y los bendijo el clérigo José Francisco Salas a las 10.30 horas.

Prat trataba a su mujer como una igual, como una compañera —algo poco común en la época decimonónica—, encargándole, por ejemplo, el presupuesto familiar mientras él mismo se hacía cargo de algunos de los problemas domésticos: «A cada momento me parece que te veo rendida de mecer a nuestra hija, sin que a tu lado esté y compartir, aunque sea en pequeño, tus trabajos...».

Sin embargo, al igual que los malogrados hermanos mayores de Prat, la niña heredó una contextura frágil y enfermiza.

Arturo le escribió a Carmela: «Continúa usando la homeopatía (del método Priessnitz) para mi hijita y avísame luego que esté sana».

El domingo 13 de diciembre, el vapor llegó finalmente y le escribió a su mujer: «Luego pues te voy a ver, como también a mi hijita que espero que este completamente sana...»[7]​ Al anochecer, recibió una carta desoladora de su mujer: «Arturo de mi corazón: nuestro querido angelito sigue mal; siento que mi corazón desfallece de dolor y tú no estás para sostenerme...

Todas sus esperanzas fueron destruidas en el viaje, con una esquela de pésame, entregada en algún puerto intermedio, firmada por Juan José Latorre.

Junto con ellos, Carmela Carvajal recibió una carta del almirante peruano, denominado luego «El caballero de los mares»:

Dignísima señora: Un sagrado deber me autoriza a dirigirme a usted 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 próximo 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", fue, como usted no lo ignorará ya, víctima de su temerario arrojo en defensa y gloria de la bandera de su Patria.

Al proferir la palabra martirio, no crea usted, señor, que sea mi intento inculpar al jefe del "Huáscar" de la muerte de mi esposo.

Volvió a Valparaíso en 1881 y, ese mismo año, su casa sufrió un incendio, perdiéndolo todo salvo las queridas reliquias que Grau le había mandado.