Вся страна тянулась к Сергию, и когда Иван Грозный задумал построить в монастыре грандиозный собор, он собирался ставить его рядом с Троицким храмом. Кто-то из разумного монастырского начальства или доверенные зодчие уговорили поменять место закладки, не притеснять старый храм и строить новый собор в самом центре монастырского квадрата. Как когда-то Аристотелю Фьораванти предписали «снимать меру» с Успенского собора во Владимире и строить храм в Кремле на полторы сажени больше в длину, ширину и высоту, так и монастырские зодчие увеличили размеры своего сооружения, но теперь уже против московского образца. Из Владимира через работу Фьораванти в Сергиев Посад пришел аркатурно-колончатый пояс, характерный для владимиро-суздальского зодчества. Иван Грозный с семейством присутствовал на молебне в честь закладки в 1559 году, но освятили монастырский Успенский собор только в 1585 году в присутствии нового царя – Феодора Иоанновича.
Успенский собор полностью был расписан за сто летних дней в 1684 году артелью ярославских – ярославские живописцы в то время считались лучшими – и троицких мастеров. Руководил 35 стенописцами Дмитрий Плеханов, потомственный иконописец из Переславля-Залесского, опытный мастер: до этого храма он расписывал Архангельский собор Московского кремля, церкви в Ростове и Ярославле. Стенопись Успенского собора строже и сдержанней росписей торговых ярославских храмов. Плеханов выбрал умиротворяющие сиренево-фиолетовые цвета и спокойный рисунок, соответствующий монастырской атмосфере.
В 1638 году ставятся больничные палаты с шатровой церковью Зосимы и Савватия. Всего через несколько лет патриарх Никон запретит возведение шатровых храмов, правда, уже построенные сносить не станет. Больничная церковь украшена зелеными поливными изразцами, такой прием нам знаком, но именно церковь Зосимы и Савватия была первой, где появились подобные поливные изразцы.
За мощными стенами монастыря дважды прятался царь Петр. В 1682 году, напуганные восстанием стрельцов, в монастыре скрывались Петр с братом Иваном и царевна Софья. Около двух месяцев находились здесь представители царской фамилии под охраной войск, спешно вызванных из неохваченных мятежом городов. В 1689 году Петр прискакал в монастырь один, спасаясь от заговора Софьи. Неудивительно, что Петр пожелал наградить монастырь за службу и верность. В монастыре друг напротив друга строятся два ярко раскрашенных протяженных здания – каменные царские чертоги и новая трапезная. Такую же яркую раскраску и пышный декор получили построенные в это же время надвратная Предтеченская церковь и надкладезная часовня. Стены растворяются в декоре из гладких и витых колонн, расставленных поочередно, попарно, пучками, фигурных наличников, карнизов, раковин. Затейливый убор перевит лозами и ярко раскрашен, а гладкая часть стены расписана разноцветными красками «в шахмат». Четыре здания в стиле нарышкинского барокко драгоценным ожерельем легли вокруг белоснежного Успенского собора.
Трапезная, построенная в 1692 году, – самое большое здание монастыря, его длина 86 метров. Она похожа на огромный корабль, разрезающий полукруглыми апсидами Сергиевской церкви волны житейского моря. Как и у корабля, есть палуба – широкая паперть. В трюме-подклете располагались кухни, амбары, хлебопекарня, столовая для паломников. С востока к трапезной примыкает бесстолпная Сергиевская церковь, а с юга – малая трапезная палата для братии. В самой же трапезной не обедали, несмотря на название, а проводили торжественные церемонии. Это был парадный зал монастыря. Площадь трапезной палаты 510 квадратных метров, высота в зените – почти 10 метров. Это было самое большое помещение на Руси, перекрытое сводом без опор. Даже площадь тронного зала Грановитой палаты, опирающегося на центральный столб, меньше – 495 квадратных метров. И сегодня нас, видевших стадионы и аэропорты, поражает этот огромный зал.
Свод и стены Сергиевской церкви покрыты ковром лепнины: картуши, гирлянды и цветочные букеты чередуют золочение и серебрение, местами они обрамляют живописные картины. После революции барочный иконостас церкви уничтожили, но когда монастырь открыли в 1946 году, для него в музейных запасниках подобрали барочный иконостас церкви Николы «Большой крест» на Ильинке.