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.
Против Троицкого собора, с восточной стороны, церковь Сошествия Св. Духа. К ней пристроен с южной стороны в 1867 году придел Св. Филарета Милостивого. Здесь усыпальница митрополитов Филарета, Иннокентия и архимандрита лавры Антония. Церковь Сошествия Св. Духа построена на месте деревянной в 1476 году. В 1655 году она внутри расписана, в 1778 году в ней сделан новый иконостас. В 1808 году украшены и позолочены глава и крест. К северной стороне церкви примыкает часовня, где погребен преподобный Максим Грек; она устроена в 1847 году.
Церковь Преподобного Сергия находится против Успенского собора, на южной стороне. Построена в 1686–1692 годах, украшена живописью в 1780 году. Возобновлена и украшена в 1847 году. Пол в церкви мраморный; вокруг открытая терраса, выстланная чугунными плитами. Трапезная обширная, в ней бывают в великие праздники и высокоторжественные дни соборные столы. Тут же, с южной стороны, и отделение для ежедневной трапезы и палата с запасной ризницей. Над церковью монастырская библиотека, где хранятся разные древние рукописи и книги, по большей части духовного содержания, а также акты в столицах, относящиеся к монастырским вотчинам. Рукописей более 828, книг около 9 тысяч. Более же ценные рукописи находятся в библиотеке Духовной академии.
Церковь Преподобного Михея (иначе называется Видение Божьей Матери преподобным Сергию и Михею). Это шестиугольное низкое здание, построенное на том месте, где была деревянная келья преподобного Михея. Гробница Михея находилась прежде под трапезным крыльцом, а с построением в 1734 году церкви поставлена в ней. Мощи преподобного Михея опочивают под спудом. Церковь Св. Михея возобновлена два раза: в 1781 и 1842 годах.