XVI век стал последним веком независимости Рязанского княжества. Уже с 1503 году по завещанию князя Федора треть земель и городов княжества перешла к Москве, и московский великий князь стал именоваться князем рязанским. В 1521 году последней из всех городов Руси Рязань утратила свою независимость и была присоединена к Москве. Последний рязанский князь Иван Иванович был отвезен в Москву и заточен в темницу. Вскоре в столицу на поиски мест и пожалований двинулось большинство рязанских бояр. Некогда многолюдный кремль приходит в запустение.
Вскоре кремлевские строения начинают приспосабливать для своих нужд рязанские епископы, перенесшие в кремль из Владычной слободы свою резиденцию. На месте великокняжеского двора началось строительство каменных палат и церкви Иоанна Предтечи, но оно так и не было завершено - во время пожара 1647 года недостроенное здание пострадало и затем было частично разобрано. Фундаменты и остатки стен подклета церкви частично сохранились и сейчас входят в здание Краеведческого музея.
В начале XVII века Переяславль-Рязанский пережил тяжелые испытания Смуты. Поляки подошли почти вплотную к городу, но отряд казаков во главе с рязанцем Прокопием Ляпуновым сумел их остановить. Однако второе нашествие польских войск в 1618 году город пережил с трудом - на посадах было сожжено, разрушено или повреждено большинство церквей и жилых домов. Едва оправившийся от разорения город почти полностью испепелил страшный пожар 1647 года, о котором уже упоминалось. В процессе восстановления города после пожара в 1650-х годах в последний раз была отстроена деревянная крепость Переяславля-Рязанского. Некоторые башни кремля, как, например, Глебовская, были каменными. В центре северной стороны располагалась Тайницкая башня с воротами и тайником, ведущим к Трубежу для снабжения города водой во время осад. Возводили новые стены и башни крепости Евтифий Сытин и, позднее, Прокопий Елизаров с плотниками, "целовальниками" и "сошными людьми" многих именитых жителей города. Был укреплен и Верхний посад - были построены большие и малые ворота, более десяти башен, башни, отводная стрельница.
В 1653-55 годах архиепископом Михаилом началось строительство в кремле "палат каменных" с церковью Иоанна Предтечи с трапезной. Здание палат было длинным, одноэтажным, поставленным на высоком подклете. К сеням палат примыкали жилые комнаты и комнаты для приема посетителей. В комнатах были большие изразцовые печи. Очевидно, в это же время и теми же мастерами были сооружены Певческий и Консисторский корпус и на площади перед Архангельским собором колокольня с церковью внизу.
В 1658 году над епископскими палатами надстроили второй этаж и перестроили церковь Иоанна Предтечи. В 1692 году палаты получают уже третий этаж и выравниваются по высоте, в результате чего церковь Иоанна Предтечи, ранее выделявшаяся, скрылась в глубине архитектурного комплекса палат.
За епископским двором, ниже по склону кремлевского холма, можно видеть остаток некогда расположенного здесь Духовского монастыря XV века - красивый двухшатровый храм святого Духа (1642), выстроенный мастером из Солигалича Василием Харитоновым, о чем свидетельствовал камень, заложенный мастером над порталом церкви. Коронки на крестах храма свидетельствуют, что храм посещался великими князьями или царями. Колокольня церкви построена в 1864 году на месте старой, XVII века.
Южную часть кремля занимает отделенный кирпичной стеной XVIII века Спасский монастырь - древнейший в городе. До нас монастырь дошел в обстройке после пожара 1647 года. Именно тогда были выстроены две его церкви: Богоявленская (1647) на месте старого храма XVI века, непосредственно примыкающая к стене, и Спасо-Преображенская (закончена в 1702), стоящая в глубине двора. Последняя была главным храмом монастыря. На монастырском кладбище погребались выдающиеся люди Рязани - писательница и художница Софья Дмитриевна Хвощинская (Весельева), известный гравер, профессор Академии художеств Иван Петрович Пожалостин, знаменитый поэт Яков Петрович Полонский.
Но, без сомнения, самым выдающимся и самым заметным памятником архитектуры Рязани XVII века в кремле является Успенский собор, сооруженный в 1693-1699 годах знаменитым зодчим Яковом Григорьевичем Бухвостовым. Известно, что существующее здание стоит на месте древнего Успенского собора, который к XVII веку сильно обветшал, и в 1677 году рязанский митрополит направил ходатайство о постройке нового собора "к югу от старого". Работы были начаты в 1684 году. Через три года строительство возглавил неизвестный московский зодчий, который довел строительство почти до верха барабанов глав, после чего собор рухнул из-за непрочности грунта.
После катастрофы с собором новое здание начал строить Яков Бухвостов, который взял за образец Успенский собор в Московском Кремле. Однако мастер решил превзойти московский образец и выстроить в Переяславле-Рязанском самое грандиозное здание на Руси. Поэтому он увеличил на три метра его длину и ширину, а в высоту он хотел увеличить его почти на восемь метров, что чуть было не кончилось трагически - из-за слабости грунтов вновь рухнули своды во время строительства и зодчий был вынужден поднять высоту собора только на три метра. Но в любом случае новый Успенский собор Рязани оказался больше Успенского собора в Московском Кремле (по высоте почти на 13 метров), собора Василия Блаженного на Красной площади в Москве и даже церкви Вознесения в селе Коломенском. Только по ширине он уступал Софийским соборам в Киеве и Новгороде. Яков Бухвостов поставил собор на высоком подклете с широким гульбищем. На красных плоскостях стен замечательно выделяются белые резные колонки и наличники окон. В последующие столетия собор несколько видоизменился - изменились аркады подклета, исчез парапет, завершавший его стены, появилась высокая четырехскатная кровля, но в любом случае и до сих пор он производит грандиозное впечатление на любого человека, посещающего Рязанский кремль.
В XVIII веке Переяславль-Рязанский все более становится провинциальным городом. Деревянная крепость, стоящая без присмотра, быстро разваливается: "город Переяславль-Рязанский ставленой острогом и башни рублены в дубовом лесу... во многих местах выводился, иной подгнил ... ветх и нагнулся ... от полой воды подмыло и обвалилось многое число ..." Неудивительно, что до нашего времени он не дошел. Однако запустение продолжалось недолго - во второй половине XVIII века Рязань начинает понемногу возрождаться. В 1778 году по указу Екатерины II Переяславль-Рязанский был переименован в Рязань и определен главным городом Рязанского наместничества. Это еще более способствовало его возрождению.
В 80-е годы XVIII столетия Екатерина утвердила генеральные планы регулярной правильной застройки многих провинциальных городов России (всего около трехсот). В число этих городов попала и Рязань. По плану в городах выделялись главные улицы - магистрали, которые заканчивались площадями и увязывались с какими-либо выдающимися зданиями. В новом плане Рязани такими улицами были: Почтовая, непосредственно выходившая на Московскую дорогу; Соборная, ориентированная на собор в кремле, Астраханская, перпендикулярная последней и перерезавшая весь город. Город застраивается зданиями в стиле классицизма. К строительству был привлечен знаменитый архитектор Матвей Казаков, который после смерти в 1812 году был похоронен в Рязани.
Апофеозом классицизма в Рязани и завершением архитектурного ансамбля кремля стала колокольня Успенского собора, построенная на месте древней Глебовской башни кремля знаменитым петербургским архитектором Николаем Ильичем Воронихиным. Первый проект колокольни 80-х годов XVIII столетия осуществлен не был, реализация второго затянулась на долгие годы. Первый ярус колокольни был воздвигнут в 1797 году, второй - только в 1816 году а третий - в 30-е годы XIX века. Она стала самым высоким зданием в городе - 83 с лишним метра и одним из самых высоких зданий в России. И сейчас невооруженным глазом можно заметить разницу в стилях всех трех ярусов колокольни. Колокольня стала последним заметным явлением в архитектурной жизни Рязани - более ничего подобного в городе не возводилось. Город все более приобретал провинциальный облик, и только исторический центр Рязани и несколько храмов напоминали о навсегда ушедшей боевой и исторической славе.
В настоящее время в Рязанском кремле можно посетить несколько музеев. Ряд экспозиций краеведческого музея расположен в здании бывших епископских палат. В Архангельском соборе можно посмотреть выставку икон. Успенский собор передан Русской Православной церкви, и осмотреть его великолепный интерьер и огромный многоярусный иконостас можно после богослужения. В летнее время можно прогуляться по валам и подняться на колокольню, с которой открываются великолепные виды.