พระองค์เจ้าวุฒิไชยเฉลิมลาภ เสกสมรสกับหม่อมเจ้าพร้อมเพราพรรณ วุฒิชัย (ราชสกุลเดิม ดิศกุล; 9 ธันวาคม พ.ศ. 2431 - 4 กันยายน พ.ศ. 2467) พระธิดาในสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระยาดำรงราชานุภาพ เมื่อวันที่ 1 มีนาคม พ.ศ. 2449 [7][8][9]

• หม่อมเจ้าทรงวุฒิไชย วุฒิชัย (27 มีนาคม พ.ศ. 2454 - 27 ธันวาคม พ.ศ. 2484) เสกสมรสกับคันธรสรังษี แสงมณี (เดิมคือ หม่อมเจ้าคันธรสรังษี วุฒิชัย; ราชสกุลเดิม รพีพัฒน์)
• หม่อมเจ้าอุทัยเฉลิมลาภ วุฒิชัย (11 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2457 - 18 สิงหาคม พ.ศ. 2501) เสกสมรสกับพระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าวิมลฉัตร
• หม่อมเจ้าสุวภาพเพราพรรณ วุฒิชัย (14 มกราคม พ.ศ. 2459 - 20 กันยายน พ.ศ. 2530) เสกสมรสกับหม่อมเจ้านนทิยาวัด สวัสดิวัตน์
• หม่อมเจ้าโต วุฒิชัย (30 มีนาคม พ.ศ. 2460 - 2 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2463)
• หม่อมเจ้าพอ วุฒิชัย
• หม่อมเจ้า (ยังไม่มีพระนาม)

มีพระโอรส-ธิดา กับหม่อมประพันธ์ วุฒิชัย ณ อยุธยา (สกุลเดิม ชะตารุ่ง; 4 มีนาคม พ.ศ. 2452 - 27 ธันวาคม พ.ศ. 2526)

• หม่อมเจ้าไกรสิงห์ วุฒิชัย (29 เมษายน พ.ศ. 2472 - 3 มีนาคม พ.ศ. 2519)
• วุฒิสวาท อนุมานราชธน (8 ตุลาคม พ.ศ. 2473 - 23 มกราคม พ.ศ. 2557) ทรงลาออกจากฐานันดรศักดิ์เพื่อสมรสกับพลตำรวจเอกเสริม จารุรัตน์
• หม่อมเจ้าวุฒิเฉลิม วุฒิชัย (21 พฤษภาคม พ.ศ. 2477) ทรงลาออกจากฐานันดรศักดิ์เพื่อสมรสกับวิรัช ณ สงขลา และอี. มอกัน กิลเบอร์ต
• วุฒิวิฑู พี. เทอเสน (2 ธันวาคม พ.ศ. 2479 - 23 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2546) ทรงลาออกจากฐานันดรศักดิ์เพื่อสมรสกับหม่อมราชวงศ์วิภากร รพีพัฒน์ และเคอร์ท โบรป พี. เทอเสน