由于风切变较少，良好的上层外流，以及墨西哥湾暖流较高的海面温度而开始爆发性增强，到了8月27日，卡特里娜已经升级为三级飓风，成为2005年大西洋飓风季的第三个大型飓风。接下来飓风进入一段眼墙置换周期，这一周期虽然令其最大持续风速的增强放缓了18个小时，但风暴的半径却几乎翻了一番。中部日间时间（简称）8月27日下午19点，飓风进入第二轮爆发性增强期，到了次日中午12点40分，卡特里娜已升级为四级飓风，最大持续风速达到每小时233公里，风暴之前还曾于8月28日早上7点达到五级飓风强度，成为继1980年大西洋飓风