Более крупные произведения относятся по преимуществу к категории «ученой» поэзии, в первую очередь поэзии александрийского стиля. Так, Катулл переводит элегию Каллимаха «Локон Береники». Как показал недавно найденный отрывок подлинника, перевод сделан с совершенно необычной для римской художественной практики точностью. Катулл старается полностью воспроизвести ритмико-синтаксическое движение оригинала, придать латинскому элегическому дистиху ту гибкость, которая свойственна была этому размеру в эллинистической поэзии. На темы Каллимаха написано и интересное стихотворение «А т тис». Оно переносит нас в атмосферу оргий Кибелы, тревоживших в те же годы поэтическое воображение Лукреция. Возбужденная патетика и несколько высокопарная, «дифирамбическая» торжественность создают своеобразный «азианский» стиль в поэзии, поддерживаемый взволнованным «галлиамбическим» размером. Контраст между исступленностью малоазийского культа и обычным эллинским жизнеощущением разработан на фоне противопоставления цивилизованной обстановки греческих общин и дикого горного пейзажа Фригии. Можно было бы поставить вопрос: не навеяны ли эти редкие в античной поэзии картины вифинским путешествием автора? Но нет никаких данных о времени составления поэмы. Самым значительным произведением Катулла в стиле высокого пафоса является, однако, эпиллий «Свадьба Пелея и Фетиды», составленный на основе ближе неизвестных нам эллинистических источников. Поэма, разумеется, «ученая», с изысканными мифологическими намеками, большим количеством собственных имен и неоднократными ссылками на мифологическую традицию, но Катулла «ученость» интересовала все же меньше, чем патетика. Повествовательная часть разрабатывается скупо, важнейшие сообщения либо вовсе опускаются, либо сообщаются мимоходом; основное внимание уделено изображению настроений, психологическим мотивировкам, описаниям, патетическим речам. Любопытна композиция поэмы. Начинается она с похода аргонавтов и построения корабля Арго. Оказывается, когда Арго (первый корабль) был опущен на воду, морские нимфы вынырнули на поверхность воды, чтобы посмотреть на чудо, и тогда Пелей влюбился в Фетиду. Поэт сразу переходит к описанию свадебное празднества. Среди свадебных подарков имеется пурпурный ковер, на котором изображена Ариадна, покинутая Фесеем на острове Наксосе и принятая Вакхом. Этим мотивируется введение длинного отступления (автор сам называет его «отступлением») об Ариадне, занимающего больше половины всего эпиллия. Характерное для эллинистической поэзии описание произведений изобразительного искусства, сопровождаемое психологическим истолкованием, является в свою очередь лишь обрамлением для изложения патетических или трогательных эпизодов мифа, в частности для истории любви Ариадны и Фесея. В центре отступления помещен негодующий монолог одинокой Ариадны, близкий по стилю к монологам трагедии и богатый эффектной реторикой. После отступления поэт возвращается к свадьбе. Опуская общераспространенные мотивы, вроде пресловутого «яблока раздора», он останавливает внимание на малоизвестных божественных фигурах, присутствующих в числе гостей. Новая вставка: богини судьбы возвещают в виде пророчества грядущее величие Ахилла, отпрыска брака Пелея и Фетиды. В заключение пессимистическая нотка: боги, посещавшие некогда празднества смертных, отвернулись теперь от запятнавших себя всевозможными преступлениями людей. «Рамочная» композиция, при которой внутрь одной темы вставляется другая, внутрь второй — третья и т. д., представляет собой один из любимых приемов эллинистической поэзии, с которым мы еще будем встречаться в римской литературе. Той же «рамочной» композиции Катулл придерживается и в большой элегии «ученого» стиля «К Аллию», где мотивы личного характера — дружеская услуга, любовь, смерть брата — сплетены с мифологическими сказаниями. Объединение личной любовной темы с любовно-мифологической, встречающееся уже у эллинистических писателей, подготовляет жанр любовной элегии, вскоре получившей широкое развитие в римской поэзии.
Сочетание «ученого» стиля с приемами фольклорной песни мы находим у Катулла в эпиталамиях (свадебных гимнах). Один из этих эпиталамиев, составленный для реальной свадьбы, представляет собой лирическое сопровождение к римскому свадебному обряду в его последовательных этапах. Другой построен как «состязание» двух хоров, хора девушек, защищающих невесту, и хора юношей, стоящих на стороне жениха. Победа остается, конечно, за юношами. В этих стихотворениях заметно знакомство с Сапфо, классической поэтессой эпиталамиев. Второй эпиталамий интересен как один из первых опытов создания нового поэтического синтаксиса, перехода от длинных сложных предложений к коротким фразам, соединенным по принципу контраста или параллелизма, на манер Феокрита. Эта реформа, начатая Катуллом, получает затем завершение у Вергилия.