В 1671-1679 годах на месте деревянной Покровской церкви возводится каменный Покровский собор, в эти же годы строится новый деревянный дворец «из муромского красного брусья в ус», ста шести метровый каменный мост и каменная мостовая башня, служившая одновременно колокольней собора. В 1687-1688 годах завершается строительство великолепной церкви св. Иоасафа царевича индийского.
В 1676 году, после смерти царя Алексея Михайловича, был ликвидирован Тайный приказ, а село Измайлово перешло в ведение Приказа Большого Дворца: «Царь и Великий Князь Феодор Алексеевич всея Великая и Малая и Белыя Рoccии Самодержец Московского уезду в наши Великого Государя дворцовая села путному ключнику Устину Зелёному, в прошлом 184 (1676) года Февраля в 11 день по нашему Великого Государя указу велено в Московском уезде село Измайлово с приселки и деревнями, которое ведомо было в приказе Тайных дел, ведать в приказе Болшого Дворца».
В Измайловской царской усадьбе помимо передового хозяйства, сосредотачивались также все новшества западной культуры. Стены царского дворца были увешаны картинами с сюжетами из жизни царей Артаксеркса и Константина. Ученый монах Симеон Полоцкий, воспитывавший царских детей, читал августейшим слушателям свои произведения. С 1670-х годов в Измайлове существовал театр, известно даже имя одного из актеров, певчего и живописца Василия Репского. Этот домашний театр просуществовал до начала XVIII века.
По одной из версий Измайлово считается местом рождения Петра I. Необходимо сказать, что документальных источников, доподлинно устанавливающих место рождения Петра нет. Исследователи называют три места – это Кремлевский дворец и подмосковные дворцовые села Коломенское и Измайлово. И. М. Снегирев пишет о местном предании: «царь Алексей Михайлович был тогда в селе Коломенском, когда царица разрешилась от бремени в Измайлове. В другом виде оно повторяется так: царица была в Коломенском, где услышав, что царь занемог в Измайлове после охоты, приехала к нему и на другой день там разрешилась от бремени».
Будущий император Петр бывал в Измайлове у своего старшего брата и восприемника при крещении, царя Федора Алексеевича, а в 1690-1693 годах в Измайловских рощах проходили маневры Преображенского и Семеновского полков, в которых Петр Алексеевич принимал участие как сержант и бомбардир.