Помимо окон был обновлен западный портал собора. Каменные капители были настолько повреждены, что следовало искать аналоги для их поновления. В качестве образца приняли колонки Патриаршего места в соборе. Чем мотивирован выбор аналога, в публикациях не пояснено.

Много споров вызвал вопрос о покрытиях собора. Под существующими главами, датируемыми XVI в., было обнаружено покрытие белым железом прямо по сводам. Открылись замки сводов в виде больших каменных плит с углублением посередине для установки креста, а на расстоянии около 3 аршинов от вершины в кладке обнаружены железные ушки для растяжек к нему. Отсюда многие специалисты делали вывод, что первоначальное покрытие было посводным. Другие возражали, что должны были быть деревянные журавцы, поскольку в летописях есть упоминания о пожарах, начинавшихся с глав. После дебатов было решено, что поскольку восстановление может быть только предположительным, "нежелательно несомненную форму XVI в. менять на подделку под XV в".

При реставрации была снята побелка наружных стен, произведена необходимая вычинка, в частности швы были расчеканены серым цементным раствором. У исследователей на данный момент нет единого мнения о том, были ли первоначально стены собора покрыты затиркой или нет. Так В.В. Кавельмахер считает, что снятие побелки - ошибка реставраторов, придавшая собору излишнюю сухость линий.

Вопрос о необходимости нового ремонта возбудила в 1909 г. Московская синодальная контора. Речь шла главным образом о состоянии живописи и о необходимости заменить систему отопления 1856 г. В 1910 г. была создана высочайше утвержденная Особая комиссия по реставрации Большого Московского Успенского Собора во главе с сенатором А. А. Ширинским-Шихмато-вым. В состав комиссии дошли должностные лица некоторых ведомств, многие крупные специалисты: В. В. Суслов, М. П. Боткин, П. П. Покрышкин, Н. П. Лихачев, Р. И. Клейн, И. П. Машков, А. И. Успенский, Н. В. Покровский. Производителем работ был назначен академик С. У. Соловьев, а после его смерти в 1912 г.— И. П. Машков. Параллельно с ремонтными и реставрационными работами проводилось детальное исследование собора и его обмеры (порученные Покрышкину). В первоначальной программе работ специально и очень подробно аргументировалась необходимость тщательной фиксации существующих особенностей памятника для его грамотной реставрации.

Соборную площадь удалось (по проекту Машкова) понизить столь значительно, что устраивать траншею вдоль фасада не понадобилось. Одновременно с раскрытием цоколя производилась реставрация порталов собора. Южный портал нуждался только в чинке, замене разрушившегося материала, в северном же была утрачена нижняя часть. При снятии культурного слоя обнаружились следы баз его колонн. Помимо форм памятника, уделялось определенное внимание его фактуре. Появилась было идея убрать жесткую расшивку швов наружной облицовки. Но расчищать швы побоялись, опасаясь что с цементом могут отколоться и края камней. Закрашивать же цементную расшивку было признано бесполезным из-за недолговечности окраски. Так и оставили швы как есть. При реставрации допускалась замена изначального материала более долговечным, если внешне он не очень отличался. Северный портал был вырезан не из мячковского камня, а из белого радомского песчаника. Нижний профиль цоколя — галтель — попробовали сделать из серого гранита, но не подошел цвет и сделали вычинку дикарным камнем (тоже вместо мячковского известняка).

Гораздо больше споров вызвала реставрация живописи. Расчистки производились очень тщательно и аккуратно под неусыпным контролем комиссии. Но возникало два вопроса: о заполнении пробелов в открываемой старой росписи и о ее фактуре. Сам факт необходимости дописи не вызывал вопросов — храмовая живопись в действующей церкви должна быть связным текстом. Вопрос возник лишь о том, кто лучше сделает эту работу, кто больше приблизится к духу живописи XVII в.— иконописцы или художники новейших направлений. Суслов отстаивал последних, способных проникнуться художественными началами памятника, тогда как иконописцы, по его мнению,— ремесленники, привыкшие к определенному трафарету. На это ему возразили, что художник склонен к проявлению собственной индивидуальности, чему не место при реставрации, дa и сама технология современной живописи настолько отличается от традиционной, что современному художнику ее вдруг не освоить. Точные копии с древних образцов современным художникам в большинстве случаев не удаются. Для иконописцев же произведения XVII в.— образцы, на которых они воспитывались. Решено было поручить работы иконописцам.

Вторая проблема — о фактуре фресок — складывалась из двух вопросов. Одному из них было посвящено много дебатов. Это вопрос о фонах живописи. Первоначально фоны были золотые, но позолота не сохранилась. Покрышкин настаивал на оставлении в качестве фона левкаса тона слоновой кости. Аргументировал это гем, что живопись не имеет первоначальной силы и свежая позолота убьет ее. Время положило на фрески отпечаток "не к ухудшению художественного впечатления, а напротив". Левкас "непостижимо красив". Его поддержал Ширинский-Шихматов. Но большинство в комиссии, (в т. ч. Суслов, Лансере), настаивало на позолоте ради "полной реставрации исторической правды". Такой аргумент мог бы показаться очень формальным следованием иконографическим критериям. Но к этому было добавлено, что "нельзя руководствоваться современными вкусами".

Второй вопрос касался приемов закрепления живописи. После нескольких опытов решили употребить средство XVII в.— маковую олифу. Олифа увеличила интенсивность цвета, придала поверхности живописи блеск.

Еще при самом начале работ, в 1912 г. "Старые годы", одобрительно отозвавшись об открытии архитектурных профилей собора, возражали против реставрации живописи. "Есть ли вообще средства восстановить ту чудную гамму росписи, на которую время наложило свою изумительную патину . Разве возможна и уместна реставрации хотя бы фресок Джотто". Протопресвитер собора Любимов указал, что собор — не музей, а дом молитвы. Нельзя оставлять иконы без рук и голов, нельзя пренебрегать привычными воззрениями — всегда украшали иконы золотом. Другое дело, что можно было малые утраты не исправлять, большие — нейтрально тонировать, восстанавливая, однако, лики. Мысль Любимова развил Машков. Существуют двоякого рода реставрации: для науки и для храмов. В первых — приоритет консервации. Так следовало бы реставрировать фрески Спаса Hередицы. Это в сущности музей, так как служба бывает только 1 раз в год. А фрески там древние. В Успенском стенопись менее ценна в историческом и художественном отношении, да и утрат много. Надо было учитывать богослужебное значение собора.

В августе 1917 г. Грабарь сообщил Челнокову, что в Московском Совете по делам искусств принципы Комиссии 1910 признаны неправильными, и что решено в дальнейшем проводи только расчистку, без записей, золочения и олифления. Но после консультаций с представителями Петроградского совета по делам искусства было решено продолжать работы по-прежнему.