Свою первую воздушную победу Екатерина одержала в октябре 1942 года в небе над Сталинградом, вступив в бой с восемью бомбардировщиками "юнкерсами" Ju-88 и сбив один из них. С декабря 1942 года лётчица сражалась с врагом в составе группы «свободных охотников» 9-го гвардейского истребительного авиационного полка. Она рисковала жизнью каждый день: защищала небо над Сталинградом, воевала под Ростовом-на-Дону, освобождала Донбасс.

В составе полка Екатерина Буданова действовала до июля 1943 года. Отважная советская лётчица не вернулась из боевого вылета во время Миусской наступательной операции советских войск. Выполняя боевой вылет по сопровождению группы штурмовиков Ил-2, Буданова была атакована вражескими истребителями в районе города Антрацит. В воздушном бою истребитель был поврежден, а сама она смертельно ранена. Несмотря на это девушка героическими усилиями сумела посадить самолет в поле.

В 1993 году посмертно удостоена звания Героя России.