Amadurecendo a idéia de se tornar uma clarissa, em 1432, retornou para Ferrara para ingressar na Ordem de Santa Clara, onde trabalhou incessantemente fiel às Regras fazendo todos os tipos de serviços. Lavou pratos, cuidou da horta, da portaria, ensinou catecismo, escreveu novas orações e compôs novos cantos, até finalmente ser eleita abadessa, para administrar o convento que se tornou famoso e muito procurado. Tudo indicava que era necessário fundar mais um, e Catarina, como abadessa que era, o construiu em Bolonha, inaugurando-o em 1456. Nele ela viu ingressar sua mãe, que de novo se encontrava viúva.

Contam os registros e a tradição que Catarina possuía vários dons especiais. Enriquecidos pelo trabalho árduo e sofrimento pessoal, traduziram-se através de visões contemplativas e fatos prodigiosos, inclusive por graças, que operou em vida. De suas contemplações, a mais conhecida foi a primeira, que lhe possibilitou presenciar o juízo final e que a marcou por toda a vida. Outra bastante divulgada foi a que ocorreu na noite de Natal de 1456. Catarina ficou orando a noite toda e, no fim da madrugada, lhe apareceu Nossa Senhora com o Menino Jesus no colo, que depois passou para os seus braços.

Quanto aos prodígios, um foi presenciado por todo o convento. Certo dia uma noviça feriu-se trabalhando na horta, decepando um dedo do próprio pé com a pá que manuseava. Então, Catarina apanhou o dedo amputado, colocou no lugar, rezou com a noviça e o dedo voltou a se unir à pele. São célebres também as graças pelas conversões que ela conseguiu.

A fama de sua santidade se propagou ainda em vida entre os fiéis. Mas logo depois de sua morte no dia 09 de março de 1463, passou a ser chamada de santa por todos, pelos prodígios e graças que logo ocorreram no local de sua sepultura. Tanto que dezoito dias depois, seu corpo foi exumado, para ser transladado e aí se constatou que ele estava incorrupto, maleável e exalando um doce perfume.

Desde então, ela não foi mais sepultada, foi colocada sentada numa cadeira, na capela ao lado do altar mor da igreja do convento Corpus Domini, em Bolonha. E assim permanece até hoje, sem se deteriorar, apesar dos vários séculos transcorridos. O culto à Santa Catarina Vegri ou da Bolonha foi autorizado em 1712 pelo papa Clemente XI e o dia de sua morte escolhido para sua veneração litúrgica.