En 1504, la reine Isabelle s'éteint. Étant donné que les deux royaumes étaient toujours distincts, c'est son gendre qui revendiqua la couronne castillane. En effet, la fille commune de Ferdinand II d'Aragon et Isabelle de Castille s'était mariée à l'archiduc Philippe de Habsbourg, fils de l'empereur Maximilien. C'est donc un roi du Nord de l'Europe qui devint roi de Castille, tandis que le veuf Ferdinand II d'Aragon retourna dans son royaume. Là-bas, il épousa Germaine de Foix, et les deux royaumes furent à nouveau séparés.
Mais voilà qu'en 1506, le 25 juin, Philippe décède, laissant un héritier mâle, Charles. Ferdinand II saisit l'occasion pour proclamer Charles héritier incontesté du royaume de Castille et futur roi d'Aragon, car il était son seul petit-fils. Charles Ier monte sur le trône de la coalition arago-castillane en 1516, à la mort de Ferdinand II. Cet événement marque le début d'une nouvelle dynastie, les Habsbourg, qui dirigeront pendant longtemps les comtés du Roussillon et de Cerdagne.
En 1519, l'empereur Maximilien, grand-père de Charles Ier, meurt. Ce dernier devient alors empereur sous le nom de Charles Quint. À cette époque, les deux anciens royaumes étaient toujours rivaux, chacun ayant ses propres lois et coutumes. Or, les Catalans, ayant eux aussi une spécificité culturelle ainsi qu'un long passé d'autonomie, faisaient de l'Espagne une juxtaposition de trois régions distinctes.
Charles Ier était un roi apprécié des Catalans, contrairement aux Castillans et aux Aragonais. Il faut dire qu'il favorisa l'industrie catalane, développa la flotte et augmenta le commerce. Les autres régions, jalouses de ces faveurs, se rebellèrent. De 1520 à 1522, les Castillans se soulevèrent contre l'empereur, dans ce qui fut appelé la guerre des Comunidades. En Espagne, seuls les Catalans soutinrent la maîtrise de la rébellion.
François Ier, roi de France, décide alors de reprendre ses velléités de conquête et envoie le dauphin de France, futur Henri II, à la tête d'une armée pour reprendre Perpignan. Ce choix stratégique visait un objectif symbolique, car la France s'était heurtée à Charles Quint pour des territoires du Nord.
Le dauphin revint peu de temps après vers son père pour lui avouer son échec, les Espagnols ayant taillé en pièces l'armée française. À la mort de Charles Ier en 1556, son fils Philippe II monta sur le trône. Durant son règne, ce nouveau roi appliqua une politique de centralisation. Étant donné que la Castille était plus puissante que l'Aragon, Philippe II structura son royaume sur le modèle castillan plutôt que sur celui de l'Aragon. Madrid devint sa nouvelle capitale, les institutions furent celles de la Castille, et les constitutions ou traditions locales furent supprimées ou oubliées. La Catalogne, en raison de ses nombreuses particularités, ne fut plus un centre d'intérêt pour le roi.
Les Pyrénées-Orientales