Исследователи отмечали редкий прием устройства конусовидного барабана центральной главы, позволявший зрительно увеличить высоту. После 1680 года в Спас на Бору перенесли престол церкви Трех Исповедников, стоявшей в Кремле на Ивановской площади. К основному ядру храма с запада и юга примыкали паперти; южному приделу Трех исповедников соответствовал симметричный северный придел Трех Святителей. Внутренние столбы здания были несколько сдвинуты к востоку, поэтому отвечавшие им лопатки на северном и южном фасадах делили стены на широкое центральное, более узкое западное и совсем узкое восточное прясла. Число придельных престолов доходило в XVIIвеке до одиннадцати.

В XVIII веке храм постепенно ветшал; историк С.К. Романюк приводит опись неисправностей 1730 года: своды протекали, черепица обвалилась, и собор во многих местах порос «лесом березы, осины и рябины». В 1737 году Спасскую церковь вновь восстановили после Троицкого пожара.

В конце XVIII века обветшавший храм пережил радикальную перестройку: под наблюдением М.Ф. Казакова его частично разобрали и сложили заново в прежних формах, но уже из кирпича. Результаты изменений предшествующего столетия были при этом ликвидированы, так что в лужковской Москве 2000-х годов такую операцию, пожалуй, назвали бы реставрацией. Казаков старался максимально воспроизвести оригинал: использовал старинный кирпич, имитируя даже закладки и растески окон, сохранил во вновь отстроенном соборе часть белокаменной кладки стен на высоту около полутора метров и входные перспективные порталы — здесь уцелели столь любимые древнемосковскими зодчими колонны с «дынькой», утолщением посредине. Одна из последних гипотез исследователей — собор в версии 1527 года в основном сохранился после работ Казакова и дожил до советского времени. Казаков зарисовал собор, обросший двумя ярусами приделов с восемью маленькими главками. Известны также изображения собора работы архитектора Д. Кваренги, художников Ф. Алексеева, М. Воробьева, О. Кадоля.