En talesperson för regionregeringen i Barcelona säger att man kommer att vända sig till författningsdomstolen för att pröva lagligheten i att aktivera artikel 155.
Paragrafen ger centralregeringen rätt att "vidta nödvändiga åtgärder" om en region agerar på ett sätt som hotar Spaniens intressen och åberopades av premiärminister Mariano Rajoy, när han gav besked om att avsätta regionregeringen i Katalonien och utlysa nyval.
Formellt är det dock senaten som fattar beslut i frågan, vilket väntas ske på fredag. Dagen innan ska det katalanska regionparlamentet samlas för att bestämma hur man ska reagera på beskedet. Ett alternativ är att utropa självständighet, ett annat att utlysa nyval.
Regeringen i Madrid kräver dock att regionpresident Carles Puigdemont backar från kravet på självständighet.
- Om hans uppträdande ligger inom konstitutionen och lagen så blir vi överlyckliga. Men om det bara handlar om att upprepa hans position om Kataloniens självständighet så kan vi inte göra något annat än att fortsätta med de åtgärder som redan presenterats av regeringen, säger Spaniens justitieminister Rafael Catalá.
I folkomröstningen den 1 oktober fick väljarna svara på frågan "Vill du att Katalonien ska bli en självständig stat i form av en republik?".
Den regionala styrande koalitionen lovade att självständighet skulle utropas vid ett ja-resultat.
Av totalt 5,3 miljoner röstberättigade deltog uppemot 2,3 miljoner, vilket motsvarar 42,3 procent, enligt det katalanska regionstyret. Omkring 90 procent av dem som röstade sade ja till självständighet.
Förutom lagen om folkomröstning har det regionala parlamentet antagit en lag om hur en övergång till en katalansk republik ska gå till.
Några av motiven för självständighet är värnandet av katalansk kultur, särskilt språket. Dessutom anses det spanska systemet för att ta in skatter från regionerna vara orättvist och missgynna det ekonomiskt tunga Katalonien, som står för en femtedel av Spaniens ekonomi.
Folkomröstningen var förbjuden av Spaniens författningsdomstol.