После смерти Евдокии стройка остановилась; новый импульс ей дала Софья Витовтовна, жена Василия I. К середине XV века собор был возведен «под кольцо», т.е. до основания барабана; так он простоял до 1467 года. От пожаров каменные стены покрылись трещинами, своды разошлись. Достраивать собор в 1467 году великая княгиня Мария Ярославовна, вдова великого князя Василия Темного, призвала известного строителя той поры Василия Ермолина. Ермолин, вопреки желанию княгини, не стал разбирать старое здание, обнаружив, что «внутри еа все твердо бяше». Он выломал обгорелые камни, разобрал непрочные своды, а старые стены обложил снаружи обожженным кирпичом и белым камнем. Над ними возвели новые своды с одной главой. Как говорит летопись, «дивитися всем необычному делу сему». 3 ноября 14б7 года собор освятил митрополит Филипп. По предположениям исследователей, это был одноглавый крестовокупольный храм с тремя апсидами. Своды опирались на четыре внутренних столпа. Захоронения тогда размещались непосредственно внутри здания, не имевшего подклета. Размеры собора в плане были 15,3×11,4 метра. В те времена в соборе уже хранилась икона Богоматери Одигитрии «греческого письма», главная монастырская святыня до 1920-х годов. Княгиня Евдокия спасла ее во время взятия Москвы ханом Тохтамышем в 1382 году. В пожаре 1482 года икона обгорела, и на уцелевшей доске написал «в той же образ» знаменитый Дионисий. Росписи и иконостасы его работы украшали в то время монастырские храмы.

Близнец Архангельского собора

К началу XVI века Вознесенский собор пережил еще несколько пожаров и обветшал. В 1519 году великий князь Василий III повелел разобрать его и заложить новую церковь. Некоторые исследователи полагали, что в ее недрах уцелело и основание собора XV века. Считается, что это строительство вел автор Архангельского собора в Кремле итальянец Алевиз Новый. Освятил собор 9 мая 1520 года митрополит Варлаам.