L’aspect interne de la basilique subit de profonds changements en 1591 avec le début des travaux de rénovation, dirigés par Valentino Martelli, qui concernaient en particulier la zone du choeur. Celle-ci était à l’origine située au milieu de l’église et entourée d’une structure murale selon un plan diffusé dans l’ordre bénédictin. Entre 1547 et 1548, Orazio Alfani était payé pour des Histoires de saints Pierre et Paul exécutés à la fresque autour du choeur; d’autres paiements remontant à 1556 révèlent la participation au chantier de Leonardo Cungi de Sansepolcro: les deux peintres, protagonistes du premier maniérisme de Pérouse, étaient des interprètes sensibles de la leçon Michelangelesque-Raphaelesque. Lorsque la chorale s’est installée dans l’abside, les fresques ont été détachées et transférées sur la contre-façade où elles sont encore admirées.