Khi trưởng thành, bà được gả cho Thượng tướng Thái sư Chiêu Minh vương Trần Quang Khải với nghi lễ dành cho hoàng nữ. Nhưng khi đó, Chiêu Minh vương Trần Quang Khải lại đang say mê một người thiếp nên lạnh nhạt với bà. Biết chuyện, Trần Nhật Hiệu và Tuệ Chân phu nhân từng nổi giận và tính bề đòi bà về lại nhà, nhưng bà kiêng quyết từ chối vì cho rằng đó là đạo vợ chồng.

Đương khi ấy, Chiêu Minh vương Trần Quang Khải có nhiều thê thiếp, nhưng danh nghĩa chỉ có Phụng Dương Công chúa là chính thất. Theo văn bia ghi nhận, Phụng Dương Công chúa đối xử với các thê thiếp của rất sức bao dung. Bà cũng quán xuyến công việc, quản lý tiền bạc cho chồng khiến Trần Quang Khải hết sức hài lòng. Cùng với Linh Từ Quốc mẫu, bà là một phụ nữ quý tộc tiêu biểu của nhà Trần và được các sử gia ghi chép lại. Mùa đông năm Giáp Thân (1284), quân Nguyên sang đánh Đại Việt, Chiêu Minh vương xuống thuyền đi lánh giặc, nửa đêm trong thuyền xảy ra hoả hoạn. Lúc ấy Chiêu Minh vương đương ngủ, Công chúa ngờ là giặc đã tới nơi, đánh thức chồng dậy, đưa cho cái lá chắn và lấy mình che cho ông. Từ đó, bà rất được tán dương[1].

Bà hay có lòng nhân từ bác ái, không so sánh suy bì đích thứ, người nào có một chút công lao, thì biểu dương trước mặt Chiêu Minh vương; người nào mắc lỗi thì ghé tai bảo nhỏ, ỉm đi cái lỗi đó. Người đời xem đó là tấm lòng không ghen ghét đố kỵ của bà. Đối với người trong họ, bà thường hay nâng đỡ, nhưng với những người bất tài thì chỉ ban của cải chứ không cho chức gì cả. Cuối đời, Trần Quang Khải về nghỉ ở trang riêng tại phủ Thiên Trường, bà cũng theo ông về đấy.

Khoảng năm Tân Mão (1291), ngày 22 tháng 3, Phụng Dương Công chúa qua đời ở Thiên Trường, hưởng thọ 47 tuổi. Thôn Độc Lập, phủ Thiên Trường là nơi chôn cất của Công chúa. Ngày 11 tháng 4 năm Hưng Long nguyên niên (1293), là ngày chôn cất. Người chủ tang Công chúa là con trai thứ của bà Văn Túc vương, đến xin bài minh đem chôn cùng.

Bàn về những điều sở đắc của Thượng tướng Thái sư, để làm bài minh là Thiếu bảo Đinh Củng Viên. Nội dung bài minh ấy:

Làm thiện tất hưởng phúc chừ ấy lẽ thường tình,Có lòng nhân ắt thọ chừ trời sao không linh?Sống làm người hiền hạnh chừ chết sẽ lưu danh,Làm dâu cửa nhà tướng chừ đời khen phúc lành.Thôn tên là Độc Lập chừ nơi đặt mộ xanh,Văn chẳng xánh Hàn quân chừ dám làm bài minh.

Nhân cách bà được chính Thái sư Trần Quang Khải đánh giá: "Làm điều thiện, nói điều nhân, sống nết na, chết lưu danh, vượng phu ích tử".