Tam Katarzyna urodziła córkę Izabellę (1564–1566 – pochowana w katedrze w Strängnäs), a 20 czerwca 1566 syna Zygmunta, nazwanego na cześć króla Zygmunta Starego.
thumb|lewo|180px|Nagrobek Izabelli Wazówny z 1580, Katedra w Strängnäs Eryk XIV planował zamach na życie nowo narodzonego Zygmunta, w związku z tym Katarzynie udało się przekonać męża, aby odsunąć jego brata od rządów. Udało się to we wrześniu 1568 i Jan objął tron Szwecji. W 1568 urodziła się ich córka Anna.
Koronacja pary królewskiej odbyła się 10 lipca 1569 w uppsalskiej katedrze. Próbowała zachować wpływy katolicyzmu w Szwecji. Pod jej wpływem Jan III wydał przepisy liturgiczne dla kościoła luterańskiego. Jej gusta artystyczne miały wpływ na wznoszenie wielu szwedzkich budowli renesansowych, wzorowanych na dziełach polskiego renesansu.
W 1575 siostra Anna Jagiellonka, która ciągle pozostała niezamężna, została wybrana na królową Polski.
Katarzyna zmarła w 1583. Jan ożenił się powtórnie 2 lata później z Gunillą Bielke. Katarzyna została pochowana wraz z mężem w katedrze w UppsaliZ. Wdowiszewski, Genealogia Jagiellonów i Domu Wazów w Polsce, Kraków 2005, s.