Флорентийцы содрогались от одной только мысли о восстановлении тирании Медичи и были полны решимости защищать свою свободу. Каждый вносил посильный вклад в подготовку города к войне. Под руководством Микеланджело укрепляли городские стены. Формировалось и вооружалось войско, создавались запасы продовольствия.
В сентябре 1529 года имперцы под командованием принца Филиберта Оранского приступили к осаде Флоренции. Во время этих бурных событий жизнь маленькой герцогини протекала в стенах монастыря Мурате. Когда вокруг города сжалось кольцо осады, Катерина стала объектом подозрений и ненависти флорентийцев. Под подозрение попали и сами монахини Мурате, в большинстве своем представительницы флорентийской аристократии. Один член Синьории предложил выставить Катерину на городской стене в качестве мишени для вражеских пуль, другой — отправить ее в бордель. К счастью, отвергнув предложения радикалов, Синьория решила перевести маленькую герцогиню обратно в монастырь Санта-Лючия, внушавший республиканским властям города больше доверия.
Ночью 30 июля 1530 года монахини Мурате были разбужены громким стуком в ворота их обители. С улицы доносились топот лошадиных копыт и грубые мужские голоса. Лишь после продолжительного стука по воротам и неоднократных требований открыть именем республики ворота монастыря отворились. Группа сенаторов во главе с Сильвестро Альдобрандини предъявила официальный ордер на выдачу им «девицы Катерины Медичи». Однако исполнить решение Синьории оказалось не так-то просто. Препирательства с монахинями, не желавшими расставаться со своей подопечной, затянулись, а применить силу в святом месте сенаторы не решались. Сама Катерина, побледнев, точно вкопанная стояла рядом с настоятельницей. Она понимала, что за стенами Мурате ее ждет неизвестность. Может быть, даже ее собираются убить под покровом ночи. Но и в свои 11 лет она способна была показать твердый характер. Глядя прямо в глаза Альдобрандини, она спокойным и решительным тоном напомнила о неприкосновенности монастыря, заявив, что добровольно никогда не покинет его стены. Если сенаторы готовы применить силу против беззащитного ребенка, вырвав его из святого убежища и тем самым грубо поправ священные законы, то пусть они запятнают себя подобным святотатством. Эти слова, столь неожиданно прозвучавшие из уст маленькой герцогини, как и проявленная ею решимость, произвели на сенаторов до того сильное впечатление, что они сочли за благо повременить с исполнением приказа, дабы получить новые указания от Синьории.
Когда на следующее утро они возвратились, пред ними предстала Катерина с постриженными волосами и в монашеском облачении. Было ясно, что невозможно применить в отношении ее насилие, не оскорбив религиозных чувств народа, собравшегося у ворот монастыря. Тогда сенаторы принялись уговаривать Катерину снять с себя монашеское облачение, но всё напрасно: ни уговоры, ни скрытые угрозы не могли заставить ее переменить решение. Эти препирательства продолжались более часа. Катерина, проявляя поразительное упорство и решимость, заявляла, что пусть все увидят, как монахиню силой увозят из монастыря. В конце концов достигли компромисса: было решено, что она поедет из монастыря в монашеском облачении. Попрощавшись с сестрами, ставшими для нее почти что родными, она села верхом на приготовленную для нее лошадь и в сопровождении сенаторов и вооруженной охраны, оттеснявшей напиравшую толпу, двинулась навстречу своей судьбе. Она была увезена из Мурате, чтобы вновь оказаться у сестер Санта-Лючии, пуританский и плебейский дух которых казался более благонадежным республиканскому правительству Флоренции.
Однако ее вторичное пребывание в Санта-Лючии оказалось непродолжительным. Спустя месяц Флоренция капитулировала, избежав печальной участи Рима, но зато получив в правители ненавистного бастарда Алессандро, и Катерина, вновь обретя свободу, охотно возвратилась в Мурате, где опять потекла уже ставшая для нее привычной жизнь. Размышляя в монастырской тиши о недавних событиях и не ожидая от будущего ничего хорошего, она начала было подумывать, не остаться ли ей навсегда в монастыре, дабы избежать мирских волнений, однако судьба готовила ей иную участь. Она была слишком ценной фигурой в политической игре папы, чтобы тот позволил ей навсегда удалиться от мира. Итак, последовал приказ возвратиться в Рим.