Строительство третьего собора при царе Михаиле Фёдоровиче, как и ранее, велось на казённые средства. Ярославский воевода князь Андрей Тюменский
22 июля 1643 года прислал донесение в Приказ Большого дворца. В нём он сообщал, что в Ярославле по царскому указу велено
"соборную новую каменную церковь Успения Пресвятой Богородицы сделать на новом месте", а прежнее здание - разобрать, поскольку
старый кирпич "класть в дело не годно". В одном из местных источников этого времени - "Росписи противу чертежу городу Ярославлю
и Спасскому монастырю" - содержатся сведения о начавшейся перестройке Успенского собора: "В Ярославле город меншей и болшей,
оба рубленые деревянные. В меншем городе соборные каменные старые церкви половина разобрана, а в то место заложена новая соборная
церковь каменная ж". Новый храм строился "в большем против прежнего размере".
По распоряжению государя в подклете разбиравшейся церкви был размещён каменный погреб для зелейной и свинцовой казны,
под новым же собором погреба делать не велено. Состояние помещения для хранения такого опасного материала, как порох, вызвало
беспокойство у воеводы Василия Богдановича Бутурлина, и в ноябре 1644 года он обратился к царю Михаилу Фёдоровичу с донесением.
Городской управитель писал, что старая соборная церковь разобрана "по верхние церковных дверей по пороги и стоит непокрыта",
а под ней в погребе зелейная казна "отсыревает и бочки мокнут и плесневеют и уторы гниют, и обручи с бочек спадывают на год по
дважды". Воевода просил разрешить помещение "промеж столпов" прежнего храма перекрыть сводами, устроить для государевого порохового склада
две палатки, и здесь "зелейной казне быть годно и будет всегда в суши и без порухи".
В августе 1648 года в Ярославль приехал воевода Иван Григорьевич Квашнин. При принятии им ключей от города у Степана
Васильевича Бутурлина была составлена "Роспись Ярославля". В документе сообщается, что рядом с вновь построенным Успенским
собором "в старой соборной церкви на старом погребе сделана палата каменная новая, крыта тёсом, двери у палаты железные,
створные, а в ней поставлена государева пороховая казна", в ней - 42 большие, средние и малые бочки с порохом.
Царь Алексей Михайлович грамотой от 11 августа 1646 года повелел "новую соборную каменную церковь Успения Пресвятой
Богородицы и благоверных великих князей Василия и Константина да придел благоверного князя Владимира освятить и святых
благоверных великих князей мощи перенести". Собор освятили 6 сентября 1646 года.
Третий Успенский собор строился три года (1643 - 1646) не на месте прежнего, а немного в стороне. Это позволяет полностью
объяснить неожиданные результаты археологических раскопок академика Н. Н. Воронина 1940 года, когда на Стрелке под фундаментами собора
XVII века не обнаружили никаких следов от ранних построек. Однако к северо-западу от собора 1646 года, примерно на месте колокольни
XIX века, археологи нашли обломки белого камня и кирпича, характерные для построек XIII и XVI веков.

Интерьер Успенского собора. 2012 год.