En 1566, tras la independencia de la villa de Linares de la ciudad de Baeza, se realizó un nuevo proyecto para transformar el templo gótico preexistente. El encargado de ejecutar la obra fue el cantero Andrés de Salamanca, pero siguiendo el diseño realizado por Andrés de Vandelvira. A sus órdenes se realizaría la capilla mayor que se cerró en 1571, y tres años más tarde el dicho cantero firmaba la escritura de obligación para continuar la obra del crucero. Sin embargo, Vandelvira fallecía en 1575, y la construcción quedaba paralizada.
Lo que planteó el arquitecto alcaraceño fue un diseño similar al espacio de la iglesia del convento dominico de La Guardia, consistente en un transepto con cuatro arcos que abren al presbiterio y a la nave del templo y dos capillas laterales. Estos se apoyan en esquinazos formados por pilares compuestos que alternan el orden dórico y el corintio.
Las capillas se cubren con bóveda de cañón acasetonada, y el crucero con vaída, aunque tras los daños sufridos durante la Guerra Civil, se cambió por una rebajada.
El paso de la parte renacentista (hasta el crucero) a la gótica (la nave), que tiene menos altura, se hace a través de un ochavo de base trapezoidal que se forma entre el arco apuntado de la nave y dos arcos escarzanos en diagonal.