La remodelación se comenzó por las naves laterales como lo denota la simplicidad de sus bóvedas de crucería y terceletes que las cubren, levantándose posteriormente la nave central, donde encontramos tres bóvedas de terceletes con ligadura en forma de octógono y una magnífica bóveda estrellada; todas ellas aparecen coronadas por claves de variada decoración. La fábrica refleja las novedades arquitectónicas y decorativas de la centuria como puede observarse en los pilares baquetonados que parten de basas a diferente altura o en la decoración de bolas de alguno de sus capiteles.
Entre los años 1731 y 1736 se produce una nueva transformación del edificio dentro del estilo barroco. La obra tasada en 101.300 reales, será realizada por los reputados maestros de los Reales Sitios, Francisco Javier Muñoz y Juan de Puras, vecinos de Segovia, siguiendo la traza barroco cortesana de José de la Calle. La actuación y ampliación se centró principalmente en la parte de poniente, en los pies del edificio gótico, donde se situaría el nuevo altar mayor, lo que supuso una inversión en al orientación tradicional del templo. Se realizó una nueva cabecera plana y un crucero cuyos brazos terminan igualmente en hastiales planos, destacándose en su