В основном пространстве собора из-под записи исследователи открыли две композиции в северном нефе: часть сцены «Омовение ног» и «Благовестие Анне». На арках между стенами и столпами были изображены мученики в медальонах (раскрыты три фигуры между северной стеной и северо-западным столпом, на этом же столпе изображения двух воинов-мучеников). В 1541 г. в Возмицком монастыре мастер Повилика Тверитин построил ещё один каменный храм – во имя Кирилла Белозерского (сообщающая об этом белокаменная плита в настоящее время вмонтирована в стену колокольни собора Рождества Богородицы). Одновременно строились каменные колокольня и кельи. В 1686 г. на средства стольника И.И. Безобразова к Кирилловской церкви был пристроен придел во имя Алексия Московского. В 1697 г. церковь разобрали и на её месте построили надвратную в честь иконы Божьей Матери «Знамение» с трапезной. Согласно офицерской описи, в 1763 г. в обители находились Рождественский и Знаменский храмы, колокольня с восемью колоколами и часами, каменная архимандричья и деревянные братские кельи, каменная обветшавшая ограда, каменный погреб, конюшня, каретный сарай, столярня, семь «магазейнов». В 1765 г. все постройки Возмицкого монастыря были переданы в ведение Военной коллегии. Нерегулярные богослужения в соборе и Знаменском храме совершали полковые священники. В конце XVIII – начале XIX вв. в настоятельском корпусе располагалось уездное казначейство. В 1797 г. по благословению Московского митрополита Платона (Левшина) перестроенный собор был освящён с оставлением прежнего антиминса и обращён в городской храм. В 1840 гг. и в 1857 г. были разобраны колокольня и Знаменская церковь, возведена новая шатровая колокольня в формах XVII в. с элементами московского барокко. В XX в. богослужения в Рождество-Богородицком храме прерывались на краткое время. Многие священнослужители храма приняли мученическую кончину в 1930 гг.: Николай Виноградов, Александр Зверев, Димитрий Розанов, священники Павел Андреев (ум. 16 ноября 1937 г.), Сергий Кудрявцев (ум. 14 марта 1938 г.), монах Иоанн (Лисицин; ум. 8 декабря 1937 г.). В храме хранился выполненный из липы запрестольный крест 1544 г. (в настоящее время в Сергиево-Посадском музее-заповеднике). В XVI в. в него были вставлены 26 костяных пластин с миниатюрами, к XX в. бо́льшая их часть утеряна, а в пустующие «киотцы», как полагают исследователи, в XIX в., помещены изображения святых, написанные маслом. В 1990 гг. на стене у входа в церковь выложен мозаичный образ Иосифа Волоцкого, близ храма установлены памятные кресты «основателям и настоятелям» монастыря, а также памятные плиты прихожанам храма – «братьям и сестрам нашей Отчизны, отдавшим свои жизни в борьбе со злом» в годы Великой Отечественной войны.