В XIX веке росписи были поновлены. Последнее и одно из самых совершенных творений Гурия Никитина долгое время было скрыто под более поздними росписями. С начала 1970-х годов начались работы по раскрытию первоначальной живописи. И почти тридцать лет понадобилось реставраторам, работавшим под руководством лауреата Государственной премии России А.П. Некрасова, чтобы возродить «стенное письмо» великого русского живописца. В настоящее время большая часть фресок полностью раскрыта от поздних записей.

Стенопись Спасо-Преображенского собора по составу циклов близка росписи собора Ипатьевского монастыря в Костроме. Главная тема росписей, размещенных в четыре яруса на стенах собора, – прославление Христа в его человеческом и божественном естестве. Большое место отведено чудесам, совершенным Христом, и притчам, в которых речь идет о милосердии и любви (притча о блудном сыне, о милосердном самарянине). В центральном куполе – традиционная для костромских мастеров композиция «Отечество». На столпах изображены святые, среди них фигуры русских царей – Михаила Фёдоровича, Алексея Михайловича, Фёдора Алексеевича. При входе в собор помещена композиция «Древо Иессеево», слева от портала – фигура суздальского святого Евфимия.

Выразительное колористическое звучание стенописи построено на сочетании бирюзовых, малиновых, золотистых тонов. Мастера создали живописный ансамбль, проникнутый цветовой гармонией, органично сочетающийся с архитектурными формами. В сложных многофигурных композициях, орнаментах одежд, обилии деталей отразился свойственный русскому искусству XVII в. вкус к декоративному «узорочью».

Фресками были украшены также стены придела св. Евфимия. Они показывают различные сцены жития святого, в том числе – выбор места и начало строительства Спасо-Евфимиева монастыря.