Ещё больше сближает Успенский собор с другими храмами середины XVI в. важная деталь – повтор цоколя, отделяющего подклет от основного яруса. В соборе подклет отсутствует, но под окнами апсид помещён имитирующий его профилированный цоколь. По мнению исследователей, такой приём был вызван включением в объём храма нижних участков стен начала XIII в., утолщённых кирпичной обкладкой. Логику построения внутреннего пространства акцентируют импосты, отмечающие на столпах пяты подпружных арок и арок, перекинутых от опор к боковым стенам. Им соответствуют импосты на внутренней поверхности стен храма. Карниз проходит и в основании пят алтарных сводов. В 1781 г. на существовавшем с XVI в. барабане храма был надстроен восьмерик с новой луковичной главой из белой жести. В XVII в. на южной стене собора находился деревянный киот с образом Успения Богородицы («стенное письмо»), в «офицерской описи» 1763 г. сообщается о киотах с трёх сторон храма – с двумя иконами Успения и образом мученика Авраамия Болгарского. Исследователи полагают, что во второй половине XVI – первой половине XVII вв. к собору были пристроены приделы: северный в честь Благовещения Пресвятой Богородицы и южный в честь Рождества Христова. Захоронения княгинь и княжон, находившиеся в XIII в. в восточных частях галереи, окружавшей собор, в XVII в. оказались в приделах. Во второй половине XVII в. в Благовещенском приделе, на правой стороне у царских врат, почивали мощи мученика Авраамия (в закрытой деревянной гробнице, верхняя доска которой была украшена изображением святого). В 1711 г. мощи переложили в деревянную раку и установили «на вскрытии у северной стороны правого столба» храма. В 1796–1806 гг. для святыни была изготовлена серебряная рака, которую установили у юго-западного столпа храма под деревянным вызолоченным балдахином. Во время пожара 12 июля 1855 г. мощи мученика Авраамия перенесли в кафедральный Успенский собор, 17 июля крестным ходом их вернули во Владимирский Княгинин монастырь. В 1865 г. для них была изготовлена из латуни новая рака, в 1897 г. над мощами установили деревянную резную позолоченную сень. В шкафу у раки хранились железные вериги и цепи, по преданию, принадлежавшие святому. По указу Синода 22 апреля 1916 г. ежегодно 25 сентября мощи должны были переносить из собора, в котором до весны прекращались богослужения, в южный придел тёплой Казанской церкви. Обратно святыню переносили в четвёртую неделю после Пасхи, а в случае ранней Пасхи – 11 мая. В 1647–1648 гг. Успенский собор был расписан по заказу патриарха Иосифа артелью под руководством «государева иконописца» Марка Матвеева.