Во второй половине XVII в. в «Описании во граде Владимире, где положены святые мощи в соборной церкви» был упомянут Митрофан (Российская национальная библиотека, список 1680 гг.), а затем на основе летописного текста отмечалось, что на южной стороне у столпа храма находилось царское место, где «прежде сего благоверныи князь владимерския стояли», которых вместе с Митрофаном монголы «хв[о]растием обложили церковь, и от дыму на тех полатех зад[о]хнулися до смерти» (Российская национальная библиотека). Таким образом, исследователи сделали вывод, что в XVII в. клирики Успенского собора ещё хорошо помнили то место в храме, где 7 февраля 1238 г. приняли мученическую кончину Митрофан и родственники великого князя Георгия Всеволодовича. О гибели Митрофана, похороненного в Успенском соборе, также упоминалось в его надгробном листе (Российская государственная библиотека). Текст листа, как установил Алексей Владимирович Сиренов, «был составлен в Москве в окружении патриарха Иосифа, возможно, книжниками Печатного двора, к церемонии перенесения мощей» великого князя Георгия Всеволодовича, состоявшейся 22 января 1645 г. Во второй половине XVII – XVIII вв. этот текст неоднократно копировался, а надгробные листы были включены, как установил всё тот же исследователь, в список 1670 г. «Степенной книги» старшего извода Пространной редакции (Российская национальная библиотека), находившейся в конце XVII в. в составе рукописной библиотеки Успенского собора во Владимире. В списках конца XVII – XVIII вв. «Книги, глаголемой Описание о российских святых» ошибочно, по мнению исследователей, отмечалось, что Митрофан погиб «февраля во 2 день», а в комментариях Михаила Владимировича Толстого указывалось 3 февраля. В начале XVIII в. в «Книге, обдержащей в себе собрание всех российских святых чудотворцов…», принадлежавшей Павлу Ивановичу Савваитову, был отмечен «Святый Митрофан, епископ». В иконописном подлиннике Георгия Дмитриевича Филимонова день памяти Митрофана ошибочно, по мнению исследователей, записан под 12 февраля. В старообрядческом Месяцеслове Ионы Керженского под 4 февраля в числе «убиенных от татарского воинъства» во Владимире в 1238 г. был указан и Митрофан (Ярославский историко-художественный музей-заповедник, 1807–1811 гг.). В справочных изданиях второй половины XIX в. отмечалось, что Митрофан «не канонизирован». В 1882 г. во время реставрации во Владимире Успенского собора в нём были приведены в порядок гробницы. В 1901 г. архиепископ Сергий (Спасский) отмечал, что в месяцесловах нет единого дня поминания Митрофана, встречаются 2, 3 и 12 февраля, а «дело было 7 февраля». Канонизация Митрофана подтверждена включением его имени в Собор Владимирских святых, празднование которому установлено в 1982 г. по инициативе архиепископа Владимирского и Суздальского Серапиона (Фадеева) по благословению Патриарха Московского и всея Руси Пимена (Извекова).