Царские врата устроены и украшены царем Михаилом Федоровичем. Характерно, что в дарохранительнице на престоле небольшие фигуры апостолов сделаны из золота и один только Иуда из меди: замечательный художественный прием для выражения сравнительной ценности изображаемого. Между древних икон много весьма замечательных, но первенствующие, без сомнения, чудотворный образ Св. Троицы, обложенный золотом и каменьями в 1600 году царем Борисом Годуновым[340], и образ Видения Богоматери преподобным Сергием над южной дверью. Складной образ этот сделан из верхней гробовой доски преподобного, как свидетельствует на задней стороне надпись. В 1654 году царь Алексей Михайлович брал этот образ в Польский поход и одержал победу над польским королем. В 1703 году, во время шведской войны, образ был отправлен в русский лагерь к графу Б. П. Шереметеву, где и находился во всех походах, окончившихся победой над Карлом XII. В 1812 году образ находился в московском ополчении и возвращен обратно по изгнании врагов из отечества. В 1855 году икона эта была вручена императору Александру Николаевичу митрополитом Филаретом, препровождена в действующую армию в Крым на укрепление против врагов и в 1856 году возвращена ополчением в лавру[341].

Но главную святыню Троицкого храма, духовный центр его, составляют почивающие у южной стены, близ иконостаса, мощи св. Сергия. Они находятся в серебряной позолоченной раке, устроенной царем Иваном Васильевичем; другая рака около нее устроена императрицей Анной Ивановной в 1737 году, она серебряная, чеканная, с богатой сенью на четырех столпах, 25 пудов весом. Против раки хранятся за стеклом образа Моления преподобного Сергия, Пресвятой Богородицы Одигитрии и Св. Николая, риза преподобного, епитрахиль и поручи из крашенины, деревянный его посох, аналав от схимы, нож с ножнами и деревянная ложка. В юго-западном углу погребено тело радонежского князя Андрея Владимировича, в иноках Саввы. Над могилой его — медная доска с надписью. Среди храма, перед алтарным иконостасом, висит огромное серебряное паникадило, устроенное в 1812 году, весу в нем 5 пудов. В северном притворе находятся две надписи, напоминающие о 1771 и 1812 годах: о спасении монастыря от язвы и от врагов.

С южной стороны к Троицкому собору пристроена церковь Преподобного Никона. Она небольшая, теплая; возобновлена в 1840 году. Здесь икона Иерусалимской Божьей Матери, и в юго-западном углу опочивают под спудом мощи ученика и преемника св. Сергия преподобного Никона, преставившегося в 1428 году, 17 ноября, после 26-летнего управления Троицкой обителью. Юго-западный придел собора, известный под названием Серапионовой палатки, по преданию, есть место кельи преподобного Сергия, где он удостоился посещения Божьей Матери с двумя апостолами. Здесь на южной стене большая икона этого видения, и в особых ковчегах правая рука св. первомученика Стефана и камень от Гроба Господня. Здесь же под спудом опочивают архиепископ новгородский Серапион, митрополит Иоасаф и Дионисий, архимандрит Троицкого монастыря. На каменных надгробиях изображены их лики.