По царскому указу с 1641 г. была проведена работа по составлению описи всех имеющихся сооружений и остального монастырского имущества. Благодаря трехлетнему труду специальной комиссии и появившемуся на иконах изображению монастыря стало возможным достаточно точно воссоздать архитектурный ансамбль крепости середины XVII в.

У восточной стены Трапезной выросла новая церковь Михаила Малеина, Никоновский придел был расширен, купола церквей покрыли блестящей жестью, а на крестах засверкала позолота.

Стены и своды старой Трапезной были покрыты яркой росписью. Именно в это время была срублена со стен Троицкого собора рублевская живопись и заменена новой. Рядом с Духовской церковью была возведена каменная колокольня, превышавшая по высоте церковную звонницу.

Колокольня простояла около 100 лет и была разобрана, но по сохранившейся описи и плану архитектора И. Ф. Мичурина можно составить представление о ней.

Прямоугольное в нижней части здание многоярусной колокольни в верхней части было восьмигранным и завершалось небольшой главой. Новую колокольню зодчие примкнули к древней звоннице. Оба здания составляли единую группу, органично вписывавшуюся в архитектурный ансамбль монастыря.

Есть данные, что Борис Годунов подарил для колокольни 5 колоколов: два «благовестных», висевшие в ее нижних ярусах и звонившие по большим праздникам, два колокола звонили по определенным дням недели и один, «застольный», звонил, приглашая всех к трапезе. Всего на обеих звонницах было, согласно описи, 32 колокола.

На месте деревянного дворца Ивана Грозного возвели новые «царские хоромы» – длинное деревянное строение из шести секций. У каждой секции был отдельный лестничный ход. Напротив Троицкого собора стояли деревянные палаты царицы и царевича, а к западу от них – двухэтажные кельи архимандрита.

К 1640 г. относится и постройка двухэтажного каменного корпуса келий, где жили монахи и была небольшая гостиница для гостей. В подклетном этаже жили управляющие монастырскими вотчинами, а часть келий занимали переплетчики книг.

В северо-восточной части монастыря располагался Житный двор, где стояли хлебные амбары и кельи «житничных старцев». Там же находилось небольшое каменное здание, где хранился «пищальный порох». На западной стороне крепости размещались монастырские приказы.

Имелись в обители свои погреба и ледники, возле которых была построена ризница, где хранились монастырская казна, богатая церковная утварь и особо ценные вклады: ювелирные изделия, художественное шитье, иконы. Современик, видевший богатства ризницы, писал, что там хранятся вещи, «поражающие ум изумлением и удивляющие умного больше глупца».

В Крепостной палате хранились документы на крепостных крестьян и вотчинные земли, в соборных палатах сидели архимандрит, келарь и казначей. Здания на западной стороне монастыря завершали Больничные палаты. Напротив них была кузница и Оружейная палата.

В XVII в. сильно возросла роль монастырского келаря. В его ведении находилось огромное хозяйство. Для управления этой махиной был создан целый комплекс келарских служб. Расположили новые помещения прямо на крепостной стене. На иконе с изображением Троице-Сергиева монастыря келарские службы представлены в виде башни с двумя небольшими пристройками.

Территорию обители украшали зеленые сады и чистая гладь прудов, где монахи разводили рыбу. Повсюду на речках и прудах стояли ветряные мельницы, тоже являвшиеся своеобразным украшением обители.

Надо сказать, что благоустройству монастыря придавалось большое значение. Из Белого пруда вода подавалась по каменным трубам в Пекарню и Поварню. А из колодцев воду поднимали специальными подъемниками и подавали в помещения по медному водоводу.