Среди позднее работавших в крае столичных мастеров самым известным был Дионисий, на рубеже XV–XVI вв. написавший Деисус для собора Спасо-Каменного монастыря (1481 г., утрачен), образ Димитрия Прилуцкого в Житии (около 1503 г., Вологодский музей-заповедник), иконостасы для соборов Павлова Обнорского (1499–1500 гг., пять икон в Третьяковской галерее, Русском музее, Кирилло-Белозерском музее-заповеднике и Вологодском музее-заповеднике) и Ферапонтова (около 1502 г., 21 образ в тех же собраниях) монастырей. Вершина творчества Дионисия и последняя его работа на территории Вологодской епархии – фрески собора Ферапонтова монастыря (1502 г.). Значительный интерес представляет изображение ещё не канонизированных в то время основателей монастыря преподобных Ферапонта и Мартиниана, предстоящих святителю Николаю и Богоматери (1502 г.). Для вологодской иконописи XVI в. характерно отсутствие стилистического единства, связь как с северной и новгородской, так и с московской традицией, а на периферии и с другими региональными школами (например, в районе Череповца – с Пошехоньем, близ Устюжны – с Угличем). «Демократизм образов и лаконичная конкретность художественного языка сочетаются с разнообразием палитры, подчас по-народному грубоватой, но сильной и впечатляющей, где ведущая роль принадлежит различных оттенков охрам в сопоставлении с киноварью и лазорью». Среди наиболее выдающихся памятников того времени исследователи выделяют Деисус и храмовую икону из Покровского Глушицкого монастыря, праздничный чин из Корнилиева Комельского монастыря (Вологодский музей-заповедник), Деисус 1517 г. из Троицкой церкви Филиппо-Ирапской пустыни (Череповецкое музейное объединение), иконы «Святой Иоанн Предтеча» из Дюдиковой пустыни (Вологодский музей-заповедник), «Снятие с Креста» из Сретенской церкви (Третьяковская галерея) и «Чудо св. Георгия о змие» (Русский музей), «Преображение» из Куржекской церкви (Вытегорский музей), «Архангел Гавриил» и «Святой Иоанн Предтеча» из церкви Успения Пресвятой Богородицы села Девятины, стиль которых характерен для новгородской школы; резные иконы «Чудо святого Георгия о змие» и «Святая Параскева Пятница» (Вологодский музей-заповедник). В XV–XVII вв. был создан пятиярусный тябловый иконостас Успенского собора Кириллова Белозерского монастыря. Из 60 уцелевших икон 33 находятся в Кирилло-Белозерском музее-заповеднике, остальные – в Русском музее, Третьяковской галерее и музее Андрея Рублёва. К XVI в. исследователи относят ещё две частично сохранившиеся тябловые иконостаса из Кириллова монастыря: из церквей Иоанна Лествичника (местный ряд в Русском музее) и Преображения Господня. В последней, а также на св. вратах с казнохранилищем и сушилом частично сохранились фрески. Наиболее ранние дошедшие до нас образцы книжной миниатюры представлены в Евангелии апракос (конец XIV – начало XV вв., Вологодский музей-заповедник), в Канониках 1408 и 1423 гг., в трёх Евангелиях XIV – первой трети XV вв. (в том числе в Христофоровом Евангелии), Псалтири 1424 г., Апостоле первой трети XV в. (все в Русском музее).