Белокаменные стены оживлялись пилястрами, поясом арочек и узкими щелевидными окнами. Особенно же оригинально итальянец решил внутреннее пространство храма: оно без хор и, что главное, поражает своим светлым простором, открывающимся с первого взгляда. А внутри собора расписанные фресками и украшенные мозаиками столбы поддерживали своды просторного зала, пол которого был вымощен мелким камнем.
Над фасадами величаво и торжественно поднялись на световых барабанах пять шлемовидных куполов, подхватывая вертикальный строй пилястр, членящих стены.
Многое в Успенском соборе напоминало древнерусское зодчество, но в то же время он не был простым повторением владимирского храма. Талантливый итальянский архитектор сумел соединить достижения мастеров своей родины с наследием древних строителей гостеприимно принявшей его страны. Фиораванти внес такие новые элементы, как геометрическое членение объемов и фасадов собора, равные размеры закомар, пять (вместо трех) алтарных апсид, лишь незначительно выступающих на глади стены.
Талантливый зодчий-иностранец сумел понять, что Владимир был уже старой столицей, а теперь возвышалась новая — Москва. И еще он почувствовал, что роль нового храма велика не только в архитектурном пространстве Соборной площади Кремля, но и в жизни всего государства.
Летом 1479 года, когда сняли строительные леса, взору москвичей предстал новый храм, построенный «по всей хитрости» Летописец отмечал, что Успенский собор подобен монолиту — «яко един камень». Москвичи пришли в восторг.
Успенский собор становился главным на Руси В нем оглашались государственные акты, в алтаре храма хранились важнейшие государственные документы. Здесь возводили в духовный сан и хоронили митрополитов и патриархов всея Руси. Здесь у гроба митрополита Петра и перед общерусской святыней — иконой «Богоматерь Владимирская» удельные князья и «все чины» приносили присягу верности Москве и великому князю, а впоследствии царю Перед военными походами воеводы получали в соборе благословение, позже венчались на царство русские князья и цари.
В Успенском соборе проходили наиболее значимые для государства церемонии бракосочетания: князя Василием I, сына Дмитрия Донского, и литовской княжны Софьи Витовтовны, Ивана III и Софьи Палеолог, Василия III и Елены Глинской — матери Ивана Грозного.
Значение собора подчеркивалось и его богатым убранством. Живопись внутри храма была исполнена вскоре после его освящения. В 1481 году «иконник Дионисий, да поп Тимофей, да Ярец, да Коня» украсили собор трехъярусным иконостасом. Возможно, они же расписали и алтарь, а полностью собор был расписан к 1515 году. Некоторые живописные композиции сохранились и до наших дней. Среди них «Семь спящих отроков эфесских», «Сорок мучеников севастийских», росписи Похвальского придела в алтаре и т. д.
Исключительную ценность представляют иконы собора, например, «Владимирская Богоматрь» византийского письма XI века (ныне хранится в Третьяковской галерее), «Святой Георгий» — работа новгородского художника XII века с изображением «Богоматери Одигитрии» на оборотной стороне. Святой Георгий почитался как покровитель воинов. На иконе он изображен юношей в доспехах на золотом фоне. В правой руке он держит копье, в левой — меч. Лик его полон мужества и стойкости. В этом образе воина, покровителя ратоборцев, воплотились величие и торжественность, свойственные всему искусству того времени.
В местном чине иконостаса над входом в дияконник находится икона «Спас Ярое Око», написанная в Москве в 40-х годах XIV века.
Асимметричный абрис головы Спаса, глубокие складки на шее, морщины на лбу, тонкий изгиб бровей над темными глазницами создают образ необыкновенной эмоциональной силы и напряженности. В Успенском соборе хранятся икона «Спас Оплечный» и другие шедевры, а также ценные произведения декоративного искусства.
К их числу относятся моленное место Ивана Грозного в виде узорчатого шатра (известное также под названием «Мономахов трон»), выполненное великолепными резчиками по дереву в 1551 году; центральное паникадило «Урожай» с изображением воинского ордена — Георгиевского креста. Оно является памятником победы в Отечественной войне 1812 года и отлито из серебра, отбитого у наполеоновских войск, ограбивших Кремль.
Как известно, войска Наполеона устроили в Успенском соборе конюшни. Из храма было похищено большое количество драгоценной церковной утвари, серебряные и золотые оклады с иконостаса и некоторых икон, разорены серебряные раки митрополитов. По замыслу императора, отступающие войска должны были взорвать собор, но, к счастью, это осуществить им не удалось. После изгнания интервентов из Москвы в Кремле были проведены обширные реставрационные работы. Именно тогда и появилось в Успенском соборе центральное паникадило «Урожай». Его отлили из 328 килограммов серебра, которое казаки отбили у отступающих французов Иконостас собора вновь украсили великолепные оклады, выполненные по образцу древних.