Księżna Walii Spotkali się 4 listopada w Dogmersfield (Hampshire). Artur napisał do rodziców Katarzyny, że będzie „szczerym i kochającym mężem”, jednak już przy pierwszym spotkaniu okazało się, że nie będą się w stanie porozumieć, bo oboje zostali nauczeni odmiennej wymowy łacińskiej. 10 dni później odbył się ślub w starej Katedrze św. Pawła w Londynie. Wkrótce potem została wypłacona połowa z 200 tys. koron posagu. Nowożeńcy osiedli na zamku w Ludlow, gdzie Artur miał pełnić obowiązki księcia Walii i przewodniczyć Radzie Walii i Marchii. Artur był słaby i chorowity. Po kilku miesiącach ciężko zachorował, prawdopodobnie na angielskie poty. 2 kwietnia 1502 umarł. Katarzyna w wieku 17 lat została wdową. Do końca życia utrzymywała, iż z powodu słabości Artura małżeństwo nie zostało skonsumowane.
Aby uniknąć komplikacji, Henryk VII i Ferdynand ustalili, że Katarzyna poślubi brata Artura, pięć lat młodszego Henryka. Jednak Henryk VII zaczął zwlekać ze ślubem, tłumacząc się, iż nie otrzymał jeszcze zaległej drugiej połowy posagu. W 1504 Izabela umarła i wartość sojuszu z Ferdynandem, który władał już tylko Aragonią, zmalała. Kastylia była znacznie ważniejsza, ale jej tron odziedziczyła starsza siostra Katarzyny – Joanna Szalona.