Aunque en el proyecto inicial, tanto los tramos de la nave como las capillas se cubrían con bóvedas de crucería, la iglesia no se abovedaría hasta el siglo XVII.
A pesar de las continuas amonestaciones que recibe el Cabildo del Pilar, no es hasta 1676 cuando, dos meses después de unirse con el de la Seo, se comenzarían las obras para terminar la iglesia, obras que finalizarían en 1677.
Para Jesús Miguel Rubio, esta repentina atención hacia la iglesia de Brea vendría condicionada por el nuevo status alcanzado por los Cabildos, que les obliga a mantener y dotar dignamente a las iglesias bajo su jurisdicción, lo que resulta contradictorio con el estado en que se encontraba la de Brea. Es por ello que se toma la decisión de construir las bóvedas y redecorar el interior.
Para realizar las obras se contrata a Juan de Marca, quien mantendrá la estructura gótica del templo, salvo la reforma de las capillas laterales del segundo tramo, consistente en subdividirlas en dos mediante la colocación de un pilar y muro con comunicación entre ellas mediante vanos en arco de medio punto, al igual que en el resto de capillas. Mientras que las del lado de la Epístola son iguales en planta, las del Evangelio son de distintas dimensiones al ubicarse el pilar y muro de separación más próximos al coro, debido a la construcción que Marca hace de un saledizo para apoyo del órgano.