Наиболее существенная перестройка была проведена в конце ХIII в. (после 1282 г.). Судя по всему, уже тогда выявились серьёзные проблемы с фундаментом здания, поставленного на глинистые грунты, и ради прочности архитектура храма была упрощена. Были ликвидированы повышенные рукава трансепта, и боковые части храма были перекрыты продолжением кровли центрального нефа; в связи с ликвидацией клеристория и трансепта освещение храма ухудшилось. Были повышены главная апсида и апсида диаконника. Внутри были уменьшены арки, ведущие из трансепта в боковые компартименты. После перестройки храм около 1290 г. был расписан. В 1508 г. на средства молдавского господаря Богдана III Слепого нартекс был надстроен галереей с парекклисионом св. Иоанна Предтечи. Для соединения галереи с храмом в западной стене последнего были сделаны арки, что привело к утрате находившихся там росписей Панселина. Фрески апсиды погибли, как полагают исследователи, в результате протечек («Платитера» в конхе и «Благовещение» над ней выполнены в XVII в.). В 1534 г. прот Серафим пристроил с северной стороны двухэтажную галерею, открытую в нижнем ярусе и закрытую в верхнем. Тогда же была сооружена колокольня (отремонтирована в 1761 г.). Внутри церкви воздвигли поддерживающие стены, замуровали окна северной стены, но при этом растесали несколько новых окон и дверей. По мнению исследователей, именно в это время черепичное покрытие кровли было заменено шиферным. Новый деревянный иконостас установили перед древней мраморной алтарной преградой. В 1801–1802 гг. была сооружена новая кровля, и при этом был сделан невысокий ярус клеристория, что существенно улучшило освещение. В 1890 г. пол покрыли новыми мраморными плитами. В начале ХХ в. стены были оштукатурены. В 1925 г. синтрон облицевали новым мраморным покрытием и установили епископский трон. На синтроне помещена икона Божьей Матери «Достойно есть». В алтаре также находится чудотворная икона Христа Антифонита, от которой был голос иерею, чтобы он не медлил при совершении литургии ради престарелого монаха, который желал причаститься, но от строгого поста сильно ослабел. Реставрация храма Протата была осуществлена в 1935–1937 и 1954–1956 гг. под руководством А. Орландоса и Е. Стикаса. Были снесены все окружавшие храм здания и двухэтажная северная галерея. Вместо неё был построен открытый портик, включивший контрфорсы, которыми также была снабжена западная стена здания. Дополнительные опорные стены были сооружены в нартексе. Арочные проёмы в интерьер были вновь расширены. Был возведён новый высокий клеристорий, новая кровля выполнена из армированного бетона и покрыта черепицей. Был убран деревянный иконостас, скрывавший мраморную преграду Х в. В 1993 г. Министерство культуры Греции учредило Комиссию по храму Протата, которая продолжила работу комиссии Центр сохранения святогорского наследия. Была составлена программа реставрации здания и фресок. В ходе реставрации, начатой в 2003 г., были расчищены сохранившиеся участки росписи XIII в. и во многих местах обнажена кладка, по которой стало возможно определение изначального замысла и характера перестроек.