Но в соборе сохранился великолепный иконостас XV века с редчайшим собранием древнерусской живописи. Именно для Троицкого собора было создано самое прекрасное и совершенное произведение Андрея Рублева – всемирно известная «Троица». Три задумчивых и грустных ангела в мерцающем свете лампад из века в век ведут свою безмолвную таинственную беседу над могилой «великого старца»... Здесь икона простояла до 1929 года, а теперь она находится в экспозиции Третьяковской галереи. На ее месте в иконостасе поставлена копия, очень хорошо выполненная художником-реставратором Н.А. Барановым.
В течение полувека Троицкий собор оставался единственным каменным зданием монастыря, а в 1469 году была построена каменная трапезная, которая, к сожалению, тоже не сохранилась. Но некоторые ученые предполагают, что она послужила прообразом Грановитой палаты Московского Кремля, построенной спустя двадцать лет.
Напротив Троицкого собора стоит Духовская церковь, построенная в 1477 году. Завершение храма очень оригинально: под барабаном находится открытая звонница, стоящая на пяти столбах. Это редкий образец «церкви под колоколы», где в одном сооружении соединены храм и колокольня, что придает всему зданию неповторимое своеобразие. Духовская церковь необычайно ценна еще и тем, что она осталась единственной из построек такого типа и помогает представить внешний вид старой звонницы Московского Кремля, которую потом сменила колокольня Ивана Великого.
Храм выстроен псковскими мастерами из кирпича на белокаменном цоколе. Стены его украшены узорчатым поясом, выложенным из терракоты и окаймленным двумя рядами изразцов. В древности Духовская церковь использовалась и как дозорная башня.
В 1548 году с южной стороны Троицкого собора возвели Никоновский придел – небольшое и очень уютное сооружение, выросшее над захоронением игумена Никона. Этот одноглавый храм выложен из кирпича и облицован белым камнем, он очень удачно гармонирует с Троицким собором и Духовской церковью.
Центральную часть монастыря занимает Успенский собор, который своими формами повторяет Успенский собор в Кремле, а размерами даже несколько превосходит его. Строительство его было начато в 1559 году по инициативе Ивана Грозного. Но денег не хватало, и работы продвигались медленно. Только в 1581 году после трагической гибели царевича Ивана, сраженного ударом посоха в припадке отцовского гнева, монастырь получил от Грозного крупную сумму «на помин души» покойного. На эти средства и было завершено строительство, а освящение Успенского собора состоялось в 1585 году, уже после смерти «грозного царя». Но еще 100 лет он стоял без росписей.
Выполнили их в 1684 году местные мастера и славившиеся по всей России стенописцы Ярославля. В надписи на западной стене Успенского собора перечислены имена всех 35 художников «дружины» во главе с Д.Г. Плехановым; она же сообщает, что роспись была завершена всего за один сезон – с 20 мая по 30 августа.
В середине XVIII веке вместо шлемовидных куполов собора были сделаны луковичные главы. С западной части собора находилась большая паперть, где в 1606 году был погребен Борис Годунов, здесь же были похоронены его жена, сын и дочь. В XVIII веке паперть разобрали, а над захоронением Годуновых установили каменную палатку-усыпальницу и пристроили крыльцо. С конца XVII века Успенский собор стал усыпальницей московских митрополитов.
В сентябре 1608 года к стенам монастыря подступили польские интервенты и начали его осаду. В стенах монастыря укрылись крестьяне и мастеровые люди со всех окрестных городов и деревень. Несмотря на многочисленные лишения, монастырь стойко держался в течение 16 месяцев – до прихода воеводы Скопина-Шуйского, разгромившего вражеское войско в сентябре 1610 года.
Во время осады стены и башни монастыря сильно пострадали, и когда наступило мирное время, началось их восстановление и дальнейшее укрепление. Их надстроили (по образцу укреплений московского Китай-города), и теперь они имели три яруса с бойницами. Протяженность стен составляла 1,5 километра, высота их – от 10 до 14 метров, ширина – около 6 метров. В углах и по краям стен строители возвели 12 башен, а угловые башни вывели за пределы стен, что создавало обширную площадь обстрела. Каждая из башен имеет 77 бойниц и подземные пороховые камеры.
Время строительства новых башен совпало с периодом, когда в русской архитектуре широко распространился стиль «узорочья», для которого характерна пышная декоративность. Поэтому башни Троице-Сергиева монастыря (при своих высоких военно-оборонительных качествах) имеют также великолепное декоративное убранство.
Наиболее интересна в художественном отношении Уточья (или Утичья) башня, которая защищала северо-восточный угол стены. Согласно преданию, свое название башня получила по обилию уток, водившихся на соседнем пруду. Рассказывают, что с этой башни по уткам стрелял Петр I. А первоначальное название башни – Житничья – было дано по находившемуся вблизи житному двору, хранилищу хлебных запасов.