Tuy nhiên, Quốc vương Ferdinand vẫn không hài lòng, ông sợ de Puebla bị Quốc vương Henry VII đút lót nên quyết định thông qua de Puebla mà tuyền đạt lại nước Anh, khi Arthur đủ 15 tuổi vào mùa thu năm 1500, thì cuộc hôn nhân mới chính thức diễn ra[20]. Buổi lễ diễn ra tại Ludlow, gần xứ Wales. Catherine vào lúc đó vẫn chưa được gửi đến Anh, điều này khiến triều đình Henry VII lo lắng và bày tỏ liệu cuộc hôn nhân có diễn ra hay không. Sau đó trước khi Catherine được 16 tuổi, vào mùa hè năm 1501, bà rời khỏi Alhambra để đến nước Anh. Lúc đó, bà trải qua một mùa hè đau khổ trong một chuyến hành trình dài, khi con trai của chị cả Isabella của bà là Miguel da Paz, Thân vương xứ Asturias đột ngột qua đời. Trước đó năm 1497 và 1498, anh cả John cùng chị cả Isabella - người thừa kế cho ngai vàng cha mẹ bà - đều lần lượt qua đời, và điều này khiến gia đình Catherine chìm đắm trong đau khổ. Trên đường đi, bà mắc cảm nhẹ[21].

Ngày 2 tháng 10, Infanta Catherine cập bến Plymouth của nước Anh. Khi Catherine đến London, bà được hộ tống bởi những quan chức cấp cao của triều đình cha mẹ bà, gồm Diego Fernández, Bá tước Cabra, Giám mục Alonso của Santiago de Compostela và Giám mục Antonio của Mallorca, còn Thị tùng của Catherine được giám sát bởi Elvira Manuel. Ngoài ra, đoàn hộ tống của bà đã mang theo một đoàn tùy tùng người Châu Phi, trong đó có lính thổi kèn John Blanke. Họ là những người Châu Phi đầu tiên đến London được ghi nhận và điều này khiến triều đình cũng như dân chúng London bàn tán về sự hùng mạnh của gia đình vị Infanta đến từ bên kia đại dương[22].

Dưới sự dẫn dắt của Henry VII, Infanta Catherine và Arthur, Thân vương xứ Wales gặp nhau vào ngày 4 tháng 11 năm 1501, tại Dogmersfield, Hampshire[23][24][25]. Trước đó, Henry VII đã đến gặp Catherine trước, tỏ ý muốn chắc rằng cô dâu của con trai là một người xinh đẹp, và sự thực không làm ông thất vọng. Sir Thomas More ghi nhận Infanta Catherine "không thiếu bất kỳ điểm gì của một cô gái xinh đẹp"[26]. Tuy nhiên, không ai biết rõ cả hai cảm nhận về nhau ra sao. Arthur sau đó đã viết thư cho bố vợ rằng sẽ là một người chồng đích thực và yêu thương cô dâu của mình, Arthur còn nói cha mẹ của mình rằng ông rất hạnh phúc khi nhìn ngắm khuôn mặt của cô vợ tương lai đáng yêu. Cả hai không thể nói ngôn ngữ mẹ đẻ của nhau (tiếng Anh cùng tiếng Tây Ban Nha), nên họ đã phải dùng ngôn ngữ quốc tế khi ấy là tiếng Latinh để giao tiếp, nhưng ít khi hiểu nhau rõ ràng vì cả hai tuy cùng học tiếng Latinh nhưng lại có phát âm khác nhau. Ngoài ra, họ cũng không thể khiêu vũ cùng nhau vì Catherine chỉ biết múa kiểu Tây Ban Nha, còn Arthur cũng chỉ có thể nhảy theo kiểu Anh[27]. Vào ngày 14 tháng 11, cặp đôi kết hôn ở Nhà thờ cũ St Paul's, và buổi tiệc chiêu đãi diễn ra ở Lâu đài Baynard[8][28]. Một của hồi môn trị giá 200.000 crowns được thỏa thuận[29].

Buổi lễ kết thúc, Catherine cùng Arthur ở cùng một phòng ngủ. Hoạt động quan hệ tình dục có thực sự diễn ra hay không, điều này vẫn không bao giờ chắc chắn và vĩnh viễn gây tranh cãi. Trong lời thú nhận của mình, Catherine nói mình cùng Arthur chỉ ngủ cùng nhau trên giường 7 lần, và không bao giờ có quan hệ thể xác. Lúc đó hai vợ chồng Henry VII cùng Ferdinand lẫn Isabella đều cho rằng tương lai còn phía trước, cả hai chưa cần thiết thực sự quan hệ nếu chưa đủ kinh nghiệm hoặc còn ngại ngùng. Có một đề nghị rằng cả hai nên sống tách riêng, đợi khi Arthur trưởng thành hơn và Catherine học được tiếng Anh[30][31].

Vì đề nghị đó, Arthur chuyển đến Lâu đài Ludlow, nơi ông thực hiện bổn phận của mình như một Thân vương xứ Wales là chỉ huy Hội đồng xứ Wales và Marches (The Council of Wales and the Marches). Vào tháng 12, để tránh cho ảnh hưởng "phong cách Tây Ban Nha" vì phái đoàn sứ giả và những người tùy tùng tại triều đình Anh, Catherine cũng đến Ludlow nhưng không rõ là họ tiếp tục sống riêng hay chung phòng. Vì Ferdinand để trang sức và đồ bằng bạc chung vào "của hồi môn", Quốc vương Henry VII muốn cả hai vợ chồng xài dần, khi đó ông có thể ép Ferdiand cùng Isabella trả thêm mệnh giá của hồi môn. Không ai biết cuộc hôn nhân nhanh chóng sẽ kết thúc. Chỉ trong vài tháng sau, bắt đầu vào tháng 3 năm 1502, tai họa ập đến khi cơn bệnh Hãn nhiệt (Sweating sickness) ập xuống khiến cả hai vợ chồng trẻ ngã quỵ. Đó là một đại dịch đã lan tỏa khắp toàn bộ khu vực của nước Anh. Cơn dịch đã cướp đi sinh mạng của Arthur vào ngày 2 tháng 4 năm 1502, chỉ duy nhất Catherine sống sót qua cơn bệnh[32].