Vigselrn mellom Katarina og Johan fant sted etter katolsk vigselsrituale i Vilnius i Litauen 4. oktober 1562. I ekteskapskontraktet ble Katarina garantert fri religionsutøvelse. I hennes føljg inngikk både polsk og italiensk personal, to huskapellaner, en «klerk», en apoteker og noen «dverger». Hun medførte et praktfullt utstyr, men hennes øvrige medgift og arv etter hennes mor skulle aldri utbetales. Paret avreiste etter brullupet til Johans hertugdømme Finland, der de bosatte seg på Åbo slott.