สมเด็จพระราชาธิบดีคอนสแตนตินที่ 1 ทรงเป็นกษัตริย์แห่งกรีซต่ออีกเป็นเวลาสองปีในระหว่าง พ.ศ. 2463 และ พ.ศ. 2465 ก่อนการสละราชสมบัติและเสด็จลี้ภัยออกนอกประเทศอีกครั้งหนึ่ง พระองค์เสด็จออกจากกรุงเอเธนส์ในตอนกลางคืนของวันที่ 30 กันยายน และแล่นเรือไปยังเมืองปาเลร์โม เมืองหลวงของเกาะซิซิลี พร้อมกับสมเด็จพระราชินีโซฟี เจ้าหญิงแคทเธอรีน และเจ้าชายนิโคลาส เมื่อวันที่ 11 มกราคม พ.ศ. 2465 เจ้าหญิงแคทเธอรีนทรงเป็นหนึ่งในสมาชิกครอบครัวที่รีบไปเฝ้าพระบิดายังข้างพระแท่นบรรทมเมื่อพระองค์ทรงหมดสติในโรงแรมวิลลาอิกียาและเสด็จสวรรคตโดยไม่ทรงฟื้นคืนสติขึ้นมาอีกเลย

หลังจากนั้นครอบครัวก็ได้ลี้ภัยเป็นระยะเวลาหลายปีในเมืองฟลอเรนซ์ โดยอาศัยอยู่ที่ตำหนักวิลลาสปาร์ตา ซึ่งเจ้าหญิงแคทเธอรีนทรงเป็นช่างสียอดฝีมือ ตั้งแต่ยังทรงพระเยาว์มาก พระองค์มีพระอาจารย์ชาวอังกฤษและเสด็จไปเรียนในเมืองบรอดสแตร์และในเมืองนอร์ธฟอร์แลนด์ ประเทศอังกฤษ พระชนนีของเจ้าหญิงเสด็จสวรรคตในเดือนมกราคม พ.ศ. 2475 และนับแต่นั้นทรงไปประทับอยู่กับสมเด็จพระราชินีเฮเลน พระภคินีที่ยังคงประทับอยู่ในตำหนักวิลลาสปาร์ตา เมืองฟลอเรนซ์

เมื่อปี พ.ศ. 2477 พระองค์ทรงเป็นเพื่อนเจ้าสาว (ร่วมกับสมเด็จพระราชินีแห่งอังกฤษองค์ปัจจุบัน) ของเจ้าหญิงมารีนา เมื่ออภิเษกสมรสกับดยุคแห่งเคนต์ที่มหาวิหารเวสต์มินส์เตอร์ ในปี พ.ศ. 2478 พระองค์ทรงเดินทางรอบโลก โดยเสด็จเยือนฮอลลีวูดในฐานะนักท่องเที่ยวคนหนึ่ง แต่ต้องรีบเสด็จออกจากฮอลลีวูดด้วยความเร่งรีบเมื่อมีคนในวงการบันเทิงพยายามที่จะทำให้พระองค์ทรงรับการเสนอให้เล่นภาพยนตร์

เมื่อเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2478 ระบอบราชาธิปไตยในประเทศกรีซได้ฟื้นฟูขึ้นมาใหม่ โดยมีสมเด็จพระราชาธิบดีจอร์จที่ 2 พระเชษฐาพระองค์ใหญ่เป็นกษัตริย์ปกครองประเทศ ในปีต่อมาพระองค์และเจ้าหญิงไอรีน พระภคินีเสด็จกลับกรุงเอเธนส์ ซึ่งได้ทรงปฏิบัติพระราชกรณียกิจด้านสังคมและสวัสดิการมากมาย ชาวกรีกมองว่าพระองค์ทรง"เปิดเผย มีชีวิตชีวาและไม่เสแสร้ง" ช่วงการเกิดสงครามในปี พ.ศ. 2482 พระองค์ทรงเข้าร่วมกับกาชาดกรีก โดยทรงปฏิบัติงานอยู่ในโรงละครที่เปิดเป็นศูนย์ปฏิบัติการและคุ้นเคยกับการดูแลผู้บาดเจ็บจากสงคราม อีกทั้งพระองค์ทรงรักษาพยาบาลเหล่าทหารอากาศที่ทรงได้รู้จักทางสังคมในช่วงสงครามสงบอยู่บ่อยครั้งด้วย

ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2484 เจ้าหญิงแคทเธอรีนโดยเสด็จพร้อมกับมกุฎราชกุมารพอล พระเชษฐา มกุฎราชกุมารีเฟรเดริกา พระชายา พระโอรสและธิดา เจ้าหญิงแอสปาเซียและเจ้าหญิงอเล็กซานดรา พระธิดาบนเรือซันเดอร์แลนด์ในการเสด็จออกจากประเทศกรีซ ทุกพระองค์เสด็จยังที่เกาะครีตและประเทศอียิปต์ และในที่สุดเจ้าหญิงแคทเธอรีนและมกุฎราชกุมารีเฟรเดริกา พร้อมด้วยพระโอรสและธิดาประทับลี้ภัยอยู่ที่ประเทศแอฟริกาใต้ เจ้าหญิงไม่ทรงทรงทราบข่าวของสมเด็จพระราชินีเฮเลน พระภคินีเลยเป็นเวลาสี่ปี

ทุกพระองค์ประทับอยู่ในบังกะโลเล็กหลังหนึ่งซึ่งมีห้าห้องและปรุงอาหารเสวยกันเอง เจ้าหญิงแคทเธอรีนทรงรักษาพยาบาลผู้บาดเจ็บอยู่เป็นเวลาหกเดือนที่โรงพยาบาลทหารไวน์เบิร์กในเมืองเคปทาวน์ และหลังจากนั้นทรงเป็นปฏิบัติงานด้านสงครามอาสาสมัครเป็นเวลาสองปีครึ่งในบ้านทอมบานีของนักบุญดันสแตน ซึ่งพระองค์ทรงดูแลผู้ตายที่ตาบอดจากทะเลทรายตะวันตก โดยทั้งนี้พระองค์ทรงงานในนามแม่ชีแคทเธอรีน