Det var på denne tid at Ivan den grusomme beordret at byens katedral skulle bygges på nytt i stein. Vologdas St. Sofia-katedral, innviet i 1570, var på den tid en av de største katedralene som hadde blitt bygget i Russland. Dens praktfulle freskoer ble malt i 1686–1688 av Dmitrij Plekhanov fra Jaroslavl. Et høyreist åttekantet klokketårn ble bygget i 1654–1659 og forhøyet på 1800-tallet.