В 1185 г. Успенский собор пострадал во время сильного пожара. Восстановить его в прежнем виде не удалось. Но при князе Всеволоде Большое Гнездо храм был значительно изменён. К Успенскому собору пристроили боковые галереи, и он оказался как бы внутри нового большого собора. Увеличилась также алтарная часть, а по углам были поставлены ещё четыре шлемовидных главы. Собор стал пятиглавым. Перестройка, после которой площадь храма увеличилась почти в два раза, завершилась в 1189 г. Но в 1238 г. татары захватили город, подожгли собор, где укрывались горожане и княжеская семья. Храм пострадал от пожара, но не разрушился. В дальнейшем он ещё несколько раз горел и был разорён.
В начале XV в. Андрей Рублёв и Даниил Чёрный украсили Успенский собор фресками. От первоначальной росписи собора до наших дней сохранились только отдельные фрагменты композиции «Страшного суда», которая занимала западную часть храма. Большинство дошедших до нас фресок были выполнены в XIX в.
В стенах галерей, в специально установленных нишах, были захоронены многие представители владимирского великокняжеского дома, а также епископы. В северной галерее покоятся останки самих строителей собора – князя Андрея Боголюбского и его брата Всеволода Большое Гнездо.
К XVIII в. храм имел множество серьёзных повреждений, но в ходе восстановления в древний облик были внесены значительные изменения. В 1810 г. рядом с собором была построена колокольня, состоящая из четырёх ярусов и завершающаяся высоким золочёным шпилем. Только реставрация в конце XIX в. вернула Успенскому собору первоначальный вид.
Единственным сохранившимся до наших дней памятником военно-инженерного искусства XII в. являются Золотые ворота. Дата их закладки не известна, но надвратная Ризположенская церковь была освящена в 1164 г. Первоначально ворота представляли собой куб, внутри которого был проезд, перекрытый сводом и арками. Золотые ворота были частью оборонительных валов и сочетали в себе неприступную крепостную башню с триумфальным городским въездом. На самом верху находилась небольшая надвратная церковь, ограждённая боевой площадкой, с которой воины поражали врага.