В бенедиктинском монастыре Делла Мурате в Сиене для девочки началась новая жизнь, и она уже в детстве познала непростую, полную лишений жизнь монахов.
И тем не менее она была счастлива. Музыка, история, латынь - во все это она смогла окунуться в монастыре. Здесь она получила прекрасное образование, которое пригодилось ей на протяжении всей ее трудной и долгой жизни.
В этом монастыре она прожила три года. Но ее ждало новое испытание. Правители Флоренции, опасаясь возврата Медичи и вслед за ним возвращения французского влияния, решили взять Екатерину в заложницы. Ей тогда было всего 11 лет. В монастыре она не оставалась в неведении относительно планов, которые строили ее враги и, когда она увидела, как в ворота ворвались гвардейцы, не удивилась и не испугалась. Решение приняла мгновенно и твердо. Отрезала свои черные как смоль кудри, падающие на плечи, и облачилась в монашескую одежду. По крайней мере, они не посмеют хватать монахиню своими грязными руками. Так, в монашеском облачении она и вышла к гвардейцам, которые прибыли за ней.
Шествие монахини под конвоем вызвало огромное сочувствие и даже шок у населения. Из ненавистной наследницы Медичи Екатерина превратилась в мученицу и народную любимицу, только что не святую. Она не знала, куда ее ведут. Но когда увидела, сердце ее успокоилось. Ее препроводили в доминиканский монастырь. Образ жизни в этом монастыре не отличался от того, где она жила раньше. Те же службы, те же любимые занятия латынью, литературой, музыкой, философией.
Так, в уединении монастыря, в горах, полностью посвящая себя духовной жизни, она провела еще два года. За это время политическая ситуация изменилась, и в один прекрасный день за ней прибыл почетный эскорт, чтобы доставить ее в фамильный замок и объявить ей, что теперь она получила герцогство и стала молодой герцогиней Урбино.
Посол Венеции при папском дворе Антонио Суриано написал на родину: "Этот ребенок и в самом деле отличается удивительной живостью и восприимчивостью к окружающему. Образование ее заложено монахинями, женщинами великой славы и авторитета, наконец, женщинами святой жизни". Екатерина никогда не забывала того, чем была обязана монахиням, окружившим ее такой заботой, любовью и лаской, и много раз так или иначе стремилась выказать им знаки своей глубокой благодарности и почтения.
Наследница богатой флорентийской династии Медичи, Екатерина стала объектом внимания сильных мира сего. Король Франции Франциск Первый, узнав о ней, решил, что она должна стать его невесткой. Он хотел женить на Екатерине своего сына Генриха, принца Орлеанского. Посольство с этим предложением было откомандировано во Флоренцию.