Pour cette jeune veuve, Napoléon choisit le prince Camille Borghèse, riche, beau mais stupide.
Remariée en 1803, à Rome où elle vivait au palais Borghèse, Pauline s’ennuyait. Elle obtint de résider à Paris tandis que son mari allait de garnison en garnison au gré de ses promotions. En 1806, ayant obtenu le titre supplémentaire de duchesse de Guastalla, Caroline menait joyeuse vie dans la capitale volant d’amant en amant parmi lesquels l’acteur Talma et une foule de beaux militaires. Mais à partir de 1810, sa santé commença à se dégrader à une allure rapide obligeant Pauline à errer de cure en cure.
A la différence des autres frères et sœurs de Napoléon, la relation de Pauline et de l'Empereur était marquée par un lien profond de fidélité et de bienveillance. Grande admiratrice de son frère, elle lui resta toujours fidèle. Avec Madame Mère, elle fut la seule des Bonaparte à lui rendre visite durant son exil sur l'île d'Elbe, utilisant ses propres fonds pour améliorer le train de vie de Napoléon.
Après Waterloo, elle demanda à rejoindre son époux qui, vivant avec une autre femme, refusa.
Mais ayant gagné son procès contre lui devant les tribunaux italiens, elle s’installa au palais Borghèse où elle mena une vie galante.
Cependant la maladie (cancer du foie ?) pousuivait ses ravages. Pauline mourut à Florence lors d’une dernière tentative de réconciliation avec son mari.
Pauline Bonaparte fut inhumée dans le caveau de chapelle Borghèse (dite aussi Pauline) de la basilique Sainte-Marie-Majeure de Rome. « La petite païenne », comme la surnommait Napoléon, y repose toujours. Camille Borghèse y a également sa tombe.