Насколько исследователи могут судить по сохранившимся кладкам фундамента, к Десятинной церкви в этот период не было пристроено новых объектов, но это не исключает возможной перестройки верхних частей, интерьера и т.п. В 1018 г., в ходе усобицы, Анастас Корсунянин покинул Киев и вывез в Польшу казну, захваченную в столице Руси Болеславом I Храбрым; в 1026 г. окончилась княжеская междоусобица, и в Киеве утвердился князь Ярослав Мудрый. В первой половине ХII в. Десятинная церковь подверглась значительной перестройке. Были заново переложены участки фундаментов и стен, прилегающих к юго-западному углу постройки, перед западным входом появился новый притвор. В галереях пол украсили поливные плитки, разнообразие форм которых (квадратные, треугольные и восьмиугольные) позволило имитировать мраморные напольные мозаики времени строительства церкви. Согласно списку, «всем градом Рускым, далним и ближним» (первоначальная редакция относится к последней трети XIV в.) «свята Богородиця Десятиннаа камена была о полутретьятцати (25) версех» (по мнению ряда исследователей, такое количество «верхов» представляется избыточным). В летописях со второй половины XII в. упоминаются колокола Десятинной церкви. В ХIX–XX вв. в непосредственной близости от собора были найдены два колокола, которые, очевидно, принадлежали этому храму. 8–10 марта 1169 г., во время захвата русскими князьями Киева, город подвергся жестокому разорению, в числе пострадавших южнорусский летописец отмечает «и Десятиньную Богородицю». Победители «церкви обнажиша иконами, и книгами, и ризами, и колоколы, изнесоша... и вся святыни взата бысть». В 1203 г., во время захвата Киева князем Рюриком (Василием) Ростиславичем, «митрополью святую Софью разграбиша, и Десятиньную святую Богородицю разграбиша, и манастыри все, и иконы одраша, а иные поимаша, и кресты честныя, и ссуды священыя, и книгы и порты блаженных первых князьи, еже бяху повешали в церквах святых на память собе, то положиша все собе в полон», клирики были либо убиты, либо взяты в плен. В начале декабря 1240 г. ордынцы захватили основную часть Киева. Последние защитники города во главе с воеводой Дмитром удерживались около Софийского собора, где создали оборонительную линию, но после жестокой битвы были выбиты оттуда и укрылись в Десятинной церкви. От большого скопления людей, в том числе горожан, многие из которых принесли с собой имущество, своды храма рухнули («оузбегшим и на церковь, и на комар церковныя и с товары своими, от тягости повалишася с ними стены церковныя»). По предположению Михаила Константиновича Каргера (1903–1976 гг.), причиной обрушения Десятинной церкви стали действия стенобитных орудий. Однако летописец, подробно описавший осаду и штурм Киева, не упоминает об этом факте, к тому же при осаде, скорее, выбивались бы двери церкви, но не толстые каменные стены.