Работа, которую нужно было выполнить, предстояла поистине грандиозная. Она требовала большого времени, в силу того, что технически не могла производиться быстро: нужно было подготовить необходимый материал, удалить со стен старую штукатурку и нанести новый специальный грунт - левкас, определенной толщины, чтобы он мог удержать несколько последовательно нанесенных слоев краски и позолоту. К росписи собора приступили двадцать художники разных профилей. Всего около сорока человек трудились над площадью чуть меньше 10 тысяч кв. метров. Эскизы, выполненные в натуральную величину на бумаге, утверждались членами Координационного совета, и лишь затем становились неотъемлемой частью внутреннего облика собора. Был поставлен и приблизительный срок завершения всего объема работ – два года. Как показало время заданный высокий темп оправдал себя и роспись была завершена в 2009 году.
Созданный и окончательно утвержденный проект росписи Спасо-Преображенского собора лишь частично повторял интерьер, который был в соборе, возведенном в XIX веке знаменитым архитектором Александром Каминским. К сожалению, восстановить первоначальный живописный облик собора было невозможно, поскольку не сохранились источники, достоверно указывающие на то, какие были сюжеты и где точно они располагались. У специалистов находился лишь проект частичной росписи Каминского.
В алтарной части, к росписи которой приступили в первую очередь, были изображены сюжеты на тему земной из жизни Спасителя и его крестных страданий, лики святых апостолов, святителей, которые в разное время бывали в Угрешской обители и совершали богослужения в Спасо-Преображенском соборе. Это и святитель Тихон, патриарх Московский, и святитель Макарий, митрополит Московской, также митрополиты Московские Филарет и Иннокентий.
Сюжеты росписи интерьера самого Спасо-Преображенского собора достаточно традиционны: в центральном куполе - ветхозаветная Троица – Отечество. В каждом из четырех куполов – различные изображения Господа Иисуса Христа. Передние колоны собора украсили образы святителей, как столпов Церкви, средние – изображения мучеников, принявших страдания за православную веру. В притворе появились лики преподобных особо чтимых на Руси и, в частности, в Николо-Угрешском монастыре. В целом в Спасо-Преображенском соборе было выполнено более 220 изображений святых. Кроме того, мастерам написаны несколько масштабных картин: благословение преподобным Сергием Радонежским благоверного князя Димитрия Донского и явление иконы Святителя и Чудотворца Николая князю Димитрию Донскому, иллюстрирующие события, напрямую связанные с историей основания древней Угрешской обители.
Над клиросом мастерами была создана сюжетная композиция «Крещение Руси». В основном объеме храма - изображения двунадесятых праздников. Среди образов особо и издавна чтимых святых в Спасо-Преображенском соборе появились изображения святых, прославленных недавно, в том числе новомучеников и исповедников Российских, пострадавших в XX веке. Над серебряной ракой канонизированного в 2000 году в лике всероссийских чтимых святых преподобного Пимена Угрешского было написано его живописное изображение. В проект росписи были включены изображения святого князя Ярослава Мудрого и архиепископа Херсонского Иннокентия, чьи имена лишь недавно внесены в месяцеслов. Прихожане и паломники Николо-Угрешского монастыря сегодня могут поклониться образу императора Николая и других святых, в свое время либо имевших историческую связь с Николо-Угрешской обителью, либо особенно почитались здесь.
Возглавлял артель живописцев художник-реставратор первой категории Андрей Викторович Курков. В его обязанности входило не только контролировать работу всей бригады мастеров, но и особо следить за росписью ликов, чтобы фрески во всем соборе были выполнены «одной рукой». По прошествии шестнадцати лет можно с уверенностью сказать, что бригада художников подобралась высоко профессиональная и сегодня роспись Спасо-Преображенского собора Николо-Угрешского монастыря не просто украшает его стены, но помогает более полному восприятию богослужения.