После кончины патриарха Иоасафа I общецерковное управление в конце 1640 – начале 1642 гг. осуществлял Сарский митрополит св. Серапион (Сысоев). После смещения патриарха Никона в 1658 г. в течение многих лет местоблюстителями были митрополиты Сарские и Подонские Питирим (впоследствии патриарх) и Павел III. При престарелом патриархе Адриане, в 1699–1700 гг., делами патриархии управлял митрополит Трифиллий (Инихов). В конце XV – начале XVI вв. Крутицкая епархия получила отошедшие России от Великого княжества Литовского Верховские земли (в верхнем течении Оки) – Серпейск, Мещовск, Воротынск, Одоев, Перемышль, Лихвин и др. Кроме того, епархии принадлежал (вероятно, с 1493 г.) Козельск (в Уложенной грамоте об учреждении Московского патриархата от мая 1589 г. указан «Галасиа, митрополит Сарскии, и Подонскии, и Козелскии» – «Собрание государственных грамот и договоров», том 2). Во второй половине XVII в. к епархии относились Козельск, Серпейск, Мещовск, Воротынск, Перемышль, Лихвин, Белёв, Одоев, Новосиль, Болхов, Мценск, Ливны, Чернь, Чернавск, Вязьма, Дудинские волости (позже Козельский уезда). В 1679 г. в епархии числилось 522 приходские церкви, в 1689 г. – 574, в 1692 г. – 591 церковь. Епархия граничила на юге с Рязанской епархией, на юго-западе с Коломенской епархией и Патриаршей областью, на востоке с Коломенской епархией. В XVII в. в епархии числилось 15 мужских монастырей и два женских монастыря, из них в Москве – Данилов во имя преподобного Даниила Столпника, московский в честь Покрова Пресвятой Богородицы. В ближайших окрестностях Москвы епархия в XVII в. владела слободами Дубровка, Арбатец (за Крутицким подворьем), Крутицкая, селом Кожуховом. В 1650–1670 гг. Крутицкое подворье (резиденция Сарских и Подонских митрополитов) пережило расцвет. Митрополит Павел (1664–1675 гг.), один из самых образованных архиереев того времени, был известен активной антистарообрядческой деятельностью. Он создал на подворье обширную библиотеку, с 1673 г. по постановлению Собора здесь велась работа по сличению славянской Библии с греческой, которую возглавил иеромонах Епифаний (Славинецкий). Старый Успенский храм при митрополите Павле был перестроен в Большую Крестовую палату, в 1665 г. началось возведение нового Успенского собора (завершён в 1689 г., освящён 29 июня 1699 г.). По инициативе царя Фёдора Алексеевича в 1681 г. предполагалось осуществить реформу епархиальной структуры Русской церкви, предусматривавшую, в частности, упразднение Крутицкой кафедры. В связи с этим Сарский и Подонский митрополит Варсонофий (Чертков) был переведён в Тверь, где предполагалось учредить митрополию вместо архиепископии. Однако реформа в полной мере не была реализована, вскоре после 27 ноября 1681 г. митрополит Варсонофий (Чертков) был возвращён на Крутицкую кафедру, Сарская и Подонская митрополия восстановлена. В XVI–XVII вв. в подклете Вознесенской церкви Крутицкого подворья производились захоронения Сарайских и Крутицких архиереев: Евфимия (ум. в 1499 г.; перезахоронен, по мнению исследователей, в 1544 г.), Досифея (Забелы) – в 1544 г., Симеона – в 1582 г., Геласия – в 1601 г., Илариона (Григоровича) – в 1760 г. В 1636 г. на Крутицах был погребён митрополит Павел II. В нижней церкви кафедрального Успенского собора в 1688 г. был похоронен митрополит Варсонофий (Чертков (Еропкин)), там же, по мнению исследователей, в 1702 г. – митрополит Трифиллий (Инихов).