Med drygt 99 procent av rösterna räknade har separatistpartierna vunnit 50,9 procent av rösterna. Det är första gången som de får mer än 50 procent.
Tillsammans får de tre partierna nu 74 av regionparlamentets 135 platser, jämfört med de 70 mandat man haft tidigare.
Det mest troliga är att de två största separatistpartierna förlänger sin regionala regeringskoalition.
Framgång för Sánchez
Samtidigt gör dotterpartiet till Spaniens regerande socialdemokrater PSOE ett starkt val och ökar sin representation i parlamentet från 17 till 33 mandat.
Premiärminister Pedro Sánchez hade hoppats kunna snuva separatisterna på majoriteten och satsade genom att låta sin populäre hälsominister Salvador Illa ta över som lokal partiledare. Det räckte alltså dock inte hela vägen.
Trots separatistpartiernas splittring i frågan om strategi gentemot Madrid får de alltså förnyat förtroende av väljarna. De kan ha gynnats av det relativt låga valdeltagandet, 53 procent jämfört med 79 procent 2017.
Spänningarna avtagit
De två stora partierna Tillsammans för Katalonien (Junts per Catalunya, JxCat) och det mer moderata Kataloniens republikanska vänster (ERC) får 32 respektive 33 mandat. Vänsterradikala CUP får nio mandat.
Resultatet ger ERC:s ledande kandidat Pere Aragonès störst chanser att bli regional regeringschef.
– Vi har satt stopp för statens försök att driva ut separatisterna från våra institutioner, sade han när valresultatet stod klart.
ERC har varit öppet för dialog med Madrid och valresultatet tros inte resultera i att kaoset från 2017 upprepas, då regionen utropande sig som självständigt från Spanien. Sedan dess har spänningarna avtagit och många väljare oroas mer över covid-19 än vad man engageras i självständighetsrörelsen.
Bakgrund: Försöket till självständighet
Den 1 oktober 2017 höll Katalonien en folkomröstning om huruvida regionen skulle fortsätta vara en del av Spanien eller bryta sig ur och bli självständig. 90 procent röstade ja till självständighet. Men valdeltagandet var lågt, endast 42,3 procent av de röstberättigade deltog.
Folkomröstningen hade olagligförklarats av författningsdomstolen, och valdagen präglades delvis av våld när polis försökte hindra väljare från att rösta.
Den 27 oktober röstade regionparlamentet igenom en självständighetsförklaring.
Centralregeringen reagerade genom att avsätta regionregeringen och upplösa regionparlamentet, med stöd i konstitutionens artikel 155, samt utlysa nyval.
Flera ministrar och andra delaktiga i självständighetsrörelsen häktades eller fick en arresteringsorder mot sig, bland dem den avsatte regionpresidenten Carles Puigdemont, som gick i exil i Belgien.
I nyvalet vann återigen självständighetsivrande partier majoritet i parlamentet. Först efter flera försök kunde man välja en ny regionpresident, Quim Torra.