В ночь с 7 на 8 августа 1689 года в Преображенское из Кремля прискакали два стрельца, преданные Петру и Нарышкиным. Они разбудили Петра и объявили ему страшную весть, что стрельцы взбунтовались и идут в Преображенское с требованием выдать им Петра. Петр помнил кошмарные картины стрелецкого бунта 1682 года, озверевшие лица убийц, хватавших близких родственников, бояр и дьяков, и бросавших их на подставленные копья. Петр, охваченный безрассудным страхом, не рассуждая, в одной ночной рубашке вскочил на коня и ускакал в ближний лес, чтобы спрятаться от убийц. Туда ему привезли одежду, и он с кучкой верных приближенных и слуг поскакал к Троице. Это был переломный момент. Потом на сторону Петра перешли войска и многие бояре, а Софья осталась одна, и ее дело было проиграно. Она была заключена в монастырь, после чего окончательно началось царствование Петра I.
В 1689 году была построена Съезжая изба для расправы и разных дел, которая послужила основанием для Преображенского приказа и впоследствии Тайной канцелярии. Учрежденную Петром в Преображенском Тайную канцелярию сравнивали с Римской инквизицией. После стрелецкого бунта стрельцы были уничтожены, и все дела по общественной безопасности сосредоточились в Преображенской приказной избе.
Недалеко от потешного городка река Яуза была запружена плотиной для подъема воды, где была построена Петровская мельница. В 1696 году по указу Петра в Преображенское на мельницу была привезена галера, построенная в Голландии, и по ее образцу стали строить суда. Окраина села превратилась в судостроительную верфь. Там же возникла первая текстильная мануфактура, производившая парусное полотно.
В 1690–1692 годах был воздвигнут петровский новый Преображенский дворец, послуживший образцом для строительства первого дома Петра на берегу Невы. Петру I принадлежала идея создания музеев в России, подкрепленная серией указов, ставивших под охрану памятники старины, истории, материальной культуры и искусства. Галерея портретов, которые Петр заказал русским и иностранным художникам, разместилась в его новом Преображенском дворце и послужила прообразом первого отечественного музея.
В 1747 году в связи с сооружением вокруг Москвы Камер-Коллежского вала и образования новой Преображенской заставы, село Преображенское впервые вошло в таможенные и экономические границы первопрестольной. Долгое время село было Солдатской слободой, от которой до нашего времени остались названия улиц: Девятая рота, Генеральная и Потешная. С переводом столицы на берега Невы, слобода запустела и впоследствии стала заселяться разным людом. Позднее жители Преображенского вместо деревянной церкви решили построить новое каменное здание. В 1763 году они стали собирать деньги, в мае 1765 года выбрали место для строительства рядом со старой церковью. Новое каменное здание церкви было построено в 1768 году, а в 1781 году сооружен придел Петра и Павла, и возведена колокольня. От построек царя Алексея Михайловича не осталось ничего и от Петровских построек тоже мало что осталось. Он и сам под конец ими мало дорожил и даже сжег одну из них для потехи в 1690 году. К 1800 году от всех строений не осталось даже развалин.
В 1771 году купец второй гильдии Илья Алексеевич Ковылин, бывший крепостной князя А. Б. Голицына, основал Преображенское кладбище, ставшее очагом старообрядцев-беспоповцев Федосеевского согласия. Он создал собственными усилиями и на многочисленные пожертвования прекрасный архитектурный ансамбль за чертой Камер-Коллежского вала на месте, где сегодня пролегают улицы Краснобогатырская, Преображенский вал и Измайловский вал. Причудливые готические формы переплетались с элементами узорочья, барокко и классицизма. Это было единственное место Москвы, где старообрядцы могли тайно собираться для отправления своих служб. В царствование Екатерины II, когда гонения ослабели, они организовали небольшое общество. Когда Москву поразила чума и голод, и привоз съестных припасов в город прекратился, жители спешили оставить Москву. Чтобы остановить бегство жителей из города, которые могли заразить окрестные города и села, правительство дало распоряжение учредить карантины и лазареты. Старообрядцы получили от правительства разрешение на частный карантин. На Стромынской дороге они поставили заставу, построили несколько домиков и задерживали всех выходящих из Москвы. Они мобилизовали все средства, чтобы этим людям доставляли пропитание и уход во время болезни. Молва об этом быстро распространилась и произвела большое впечатление на народ. В Преображенское стало стекаться много людей, многие из которых перешли к старообрядцам – перекрестились. Феодосийская община и Преображенское кладбище, под именем которого она была известна, превратилась в обширное сильное учреждение. При Екатерине II они процветали.