С восточной стороны был устроен вход с колонным портиком на четырёх опорах; ему предшествовал просторный прямоугольный открытый двор-атриум. Вплоть до XII в., когда раннехристианская базилика была оставлена, её неоднократно перестраивали и украшали фресками. В VI в., при папе Иоанне II (532–535 гг.) и пресвитере Меркурии, были сооружены новый престол и напрестольная сень, установлено ограждение вокруг алтаря-хоры (schola cantorum), от которого сохранились мраморные панели из проконесского мрамора с раннехристианской символикой и монограммами папы Иоанна II (после возведения в XII в. верхней базилики). Во второй половине VIII в., при папе Адриане I (772–795 гг.), была переложена крыша, проведены масштабные живописные работы в центральном пространстве и в нартексе базилики. От этого времени на стене северного нефа в нижнем ярусе сохранились полотенца, выше – ступни и нимбы святых, а также часть неизвестной сцены. Там же в маленькой узкой нише, предположительно отмечавшей место захоронения или алтаря, – Богородица на престоле с Младенцем Христом на коленях, в царских одеждах, с венцом на голове (иконографический извод «Богоматерь Царица», лат. Maria Regina); Ей предстоят царственные жёны с коронами на головах, предположительно святые Евфимия Всехвальная и Екатерина Александрийская; изображения сохранились по плечи. В главном нефе над аркадой – следы разгранки; в южном нефе на восточной стене – сцены из Жития преподобного Либертина. Исследователи полагают, что к этой группе росписей примыкает изображение неизвестного святого на западной стене нартекса (сохранилась верхняя часть фигуры). В период правления папы Льва IV (847–855 гг.), предположительно после землетрясения 847 г., часть восточного фасада (между крайней левой колонной и южной стеной центрального нефа) заложили. На образовавшемся участке стены в интерьере церкви были выполнены росписи, которые исследователи датируют серединой IX в. благодаря портрету заказчика, папы Льва IV. Сохранились несколько сцен, составляющих краткий христологический цикл: «Брак в Кане», «Распятие», «Сошествие во ад», «Жёны-мироносицы у гроба Господня», «Вознесение Господне». Сцена, расположенная под «Распятием», практически полностью утрачена. Композиция «Вознесение Господне» занимает доминирующее положение в цикле и выделена размером. Слева и справа от групп апостолов представлены соответственно фронтальные ростовые фигуры донатора росписи папы Льва IV с квадратным нимбом и св. Вита. На стене под изображением Богоматери – ниша овальной формы, отмечающая, по мнению исследователей, местоположение реликвии (ныне отсутствует) – камня Елеонской горы, на которой произошло Вознесение Спасителя. Отдельные иконографические детали в сценах евангельского цикла, по мнению Маттиэ, свидетельствуют о влиянии искусства сиро-палестинского круга. На восточной стене на пилястре изображён св. Проспер Аквитанский (нижняя часть фигуры утрачена). Второй половиной IX в. исследователи датируют фреску «Сошествие во ад» в центральном нефе, на небольшом участке стены, примыкающем справа к алтарю. В нижнем левом углу композиции представлено изображение неизвестного в монашеском облачении с квадратным нимбом, в левой руке – кодекс (исследователи полагают, что  это равноапостольный Кирилл (Константин Философ), просветитель славян, что фреска отмечает место его погребения). Масштабные изменения в облике нижней базилики произошли в XI в. Прежде всего, они коснулись восточного фасада и южной части церкви.