Pod koniec 1565 roku Katarzyna udała się do [[Wieluń|Wielunia]], szykując się do puszczeniaopuszczenia Polski. Jednak polska szlachta, obawiająca się ostatecznego pogrzebania szans na przedłużenie dynastii interweniowała nie dopuszczając do wyjazdu królowej. Pertraktacje trwały prawie cały rok. W końcu Katarzyna opuściła granice Polski 8 października 1566 roku. Najpierw przybyła do Wiednia, gdzie jednak dwór cesarski przyjął ją chłodno, obwiniając ją o rozpad małżeństwa z Zygmuntem Augustem. Po roku opuściła więc Wiedeń i udała się do [[Linz]]u, gdzie spędziła ostatnie 5 lat swojego życia. Zygmunt August wypłacał jej 28 tys. guldenów rocznie na utrzymanie niewielkiego dworu. Katarzyna korespondowała z mężem, a w testamencie zapisała mu wszystkie otrzymane od niego klejnoty. Większość swojego majątku przekazała na cele dobroczynne. W tym czasie Zygmunt wciąż bezskutecznie starał się o unieważnienie małżeństwa. Gdy Katarzyna zmarła 28 lutego 1572 roku, król szybko rozpoczął starania o kolejny ożenek, sam jednak zmarł kilka miesięcy później.
