В парной росписи, именуемой «Афинская школа», представлено собрание философов и учёных античности, многим из которых Рафаэль придал черты своих современников (например, Платон написан в образе Леонардо да Винчи, Гераклит – в образе Микеланджело, а стоящий у правого края Птолемей очень похож на автора фрески). Это – блестяще выполненная многофигурная (около 50 персонажей) композиция. Фреска обрамлена огромной аркой. В центре, под сводом величественного здания, вырисовываются фигуры Платона и Аристотеля, по сторонам, на ступенях широкой лестницы, располагаются мудрецы древности. Платон и Аристотель, сохраняя мудрое достоинство и дружелюбие, ведут извечный спор – старец Платон подъемлет перст к небу, молодой Аристотель указывает на землю. Отказавшись от фризообразного расположения фигур на первом плане, типичного для мастеров XV в., Рафаэль перенёс главных действующих лиц на второй план, создав таким образом впечатление простора и глубины. При этом значение центральной группы не только не умаляется, но, напротив, ещё усиливается. Несмотря на чрезвычайное разнообразие поз и жестов, он сумел подчинить все фигуры единому движению, неуклонно подводящему к центру. Джорджо Вазари писал: «На ней представлены мудрецы всего мира, спорящие друг с другом на все лады… Среди них есть и Диоген со своей миской, возлежащий на ступенях, фигура – очень обдуманная в своей отрешённости и достойная похвалы за красоту и за столь подходящую для неё одежду… Красота же упомянутых выше астрологов и геометров, вычерчивающих циркулем на табличках всякие фигуры и знаки, поистине невыразима». В этой картине Рафаэль воплотил представление ренессансных гуманистов о золотом времени античного гуманизма и, как всегда делали художники Возрождения, перенёс эту идеальную утопию в современную среду. Он ввёл в это общество своих современников: в образе Платона предстаёт Леонардо да Винчи, сидящий на первом плане Гераклит напоминает Микеланджело, а справа, рядом с группой астрономов, Рафаэль изобразил самого себя. Папе Римскому Юлию II работа Рафаэля очень понравилась, даже когда она была ещё не закончена, и он поручил живописцу расписать ещё три станцы, причём уже начавшие там росписи художники, включая Перуджино и Луку Синьорелли (1445–1523 гг.), были отстранены от работ. Учитывая огромный объём предстоящей работы, Рафаэль набрал учеников, которые по его эскизам выполнили большую часть заказа. В 1511–1514 гг. Рафаэль расписал так называемую «Станцу Илиодора». В самой прославленной фреске этой станцы «Изгнание Илиодора из храма» (1511–1512 гг.) изображена легенда о сирийском военачальнике, который пытался похитить сокровищницу храма, но был изгнан и наказан небесным всадником и ангелами. Выбор сюжета здесь не случаен. В те тревожные для церкви времена, когда в мире нарастало антикатолическое движение, а в самой Италии папа был вынужден с оружием в руках охранять церковные владения от посягательств соседей и иноземных захватчиков, это изображение должно было служить предостережением всем тем, кто поднимет руку на имущество церкви или посягнёт на её целостность. Такая интерпретация сюжета тем более очевидна, что в левой части фрески, среди охваченной смятением толпы, появляется величественная фигура Юлия II, как бы торжествующего победу.