Новая эпоха в истори монастыря начинается со времени вступления на престол Михаила Федоровича Романова. Монастырь был заново обнесен стенами с бойницами. Кроме того, царским указом воеводе Петру Дашкову было поручено охранять монастырь от прихода крымских и ногайских татар. Во все время царствования Михаила Федоровича Новоспасский монастырь имел, кроме религиозного и ритуального (как место погребения царских родственников), еще и важное военно-стратегическое значение. Несколько раз во время этого царствования Новоспасский монастырь был обращаем в крепость. Та к было в 1618 г., во время нашествия на Москву польского королевича Владислава, так же произошло в 1633 и 1634 гг. В конце своего царствования Михаил Федорович заменил деревянные стены Новоспасского монастыря каменными с башнями по углам и построил в монастыре каменный собор. Дворцовые каменщики были поселены слободкой за Таганскими воротами. Они расположились между монастырем и Воронцовской улицей, и остались здесь жить и по окончании постройки Новоспасского монастыря. В концу XVII в. к ним поселили еще одну группу каменщиков. Из места их компактного проживания получились целых две слободы, расположенные на месте нынешних улиц Большие и Малые Каменщики. А у соборов Новоспасского монастыря продолжилась своя жизнь. Как уже упоминалось, после устройства каменной ограды был заново построен Преображенский собор, сохранившийся до наших дней. Кроме Преображенского храма царем Алексеем Михайловичем был выстроен еще Покровский храм. В XVII столетии монастырь побывал и местом заключения преступников и разного рода еретиков. Здесь были устроены застенки и затворы. В 1618 г. сюда был прислан преп. Дионисий, знаменитый защитник Руси, настоятель Троице-Сергиевой лавры, оклеветанный своими врагами как мнимый еретик; в Новоспасском монастыре его морили голодом и дымом.
При императоре Петре I для монастыря был отлит большой колокол, что явилось свидетельством особого внимания этого императора к Новоспасскому монастырю. В это время шла война со Швецией, и по указу царя лишние колокола были перелиты в пушки, а кроме того, царским же указом было «воспрещено затевать что-либо лишнее в монастыре». С конца царствования Петра I начинается постепенный упадок монастыря. В царствование императрицы Анны Иоанновны по приказу Бирона в монастырь присылались на полное иждивение военные инвалиды (часто инославного исповедания), которые являлись тяжким бременем для монастыря. Из русских государей XVIII в. особое благоволение к Новоспасскому монастырю имела лишь императрица Елизавета Петровна, при которой началась постройка величественной колокольни. При Екатерине II последовала известная секуляризация, которая не только лишила монастырь всех поместий, но и затормозила постройку колокольни, строительство которой возобновилось лишь через двадцать лет. В 1812 г. монастырь подвергся грабежу и разрушению – сперва в нем хозяйничали неприятельские солдаты, а затем – всепожирающий общемосковский пожар. До Октябрьской революции Новоспасский монастырь занимал в Москве одно из первых мест и был часто посещаем богомольцами, особенно в праздничные дни. В монастыре тогда было семь храмов: Скорбный Преображенский храм (холодный), Покровский храм с приделами во имя Св. Дмитрия Ростовского и Великомученицы Варвары, Екатерининский храм с приделами Печерской Богоматери и Св. Саввы Освященного, Знаменский храм, Св. Романа Сладкопевца (усыпальница бояр Романовых), Св. Сергия Радонежского (в колокольне) и Св. Николая Чудотворца.
Ограда монастыря, выстроенная по указу Михаила Федоровича взамен деревянной, была начата постройкой в 1640 г., а окончена в 1642 г. Она представляет собой неправильный пятиугольник с пятью башнями. В верхней части башен и стен устроены приспособления для орудий. Главные ворота монастыря находятся на восточной стороне ограды под колокольней. Кроме главных ворот, есть еще ворота у юго-восточной и у юго-западной башен. С точки зрения обороны интерес представляет западная стена монастыря, выходящая на Москву-реку. Посередине стены построена пятиугольная башня, фланкирующая своим огнем всю стену, тогда как угловые башни здесь не выступают за линию стены – зато выступают за линию южной и северной стен, фланкируя в свою очередь их.