W 1432 rozpoczęto przygotowania do budowy nowej, halowej kolegiaty, co było związane z rozbudową miasta przez Ulryka V. W 1436 wmurowano kamień węgielny. W 1445 ukończono budowę południowej części, a w 1456 poświęcono dziewięć ołtarzy. W latach 1463–1464 wybudowano szóste piętro wieży, na którym ulokowano pomieszczenie dla miejskiego strażnika. Prace budowlane spowolniła śmierć hrabiego Ulryka, głównego fundatora, w 1480 roku. W 1530 na zachodniej wieży zamontowano zegar wybijający godziny. Ostatecznie budowę ukończono w roku 1531, z powodów finansowych zrezygnowano z budowy iglicy zachodniej wieży.
Od początku XVI wieku stuttgarcka kapituła, niegdyś najbogatsza w Wirtembergii, zaczęła popadać w problemy finansowe. 16 maja 1534 w świątyni odprawiono pierwsze nabożeństwo protestanckie, a katolicy ostatnią mszę odprawili 2 lutego 1535. 8 maja 1535 z wnętrza usunięto wszystkie podobizny świętych. Przyjście reformacji doprowadziło do okrojenia liczby kanoników do zaledwie czterech – dwóch kaznodziei i dwóch diakonów. Wejście w życie interim augsburskiego 30 czerwca 1548 ponownie umożliwiło odprawianie tu nabożeństw katolickich, lecz już 12 sierpnia 1552 zakazano odprawiania mszy w rycie łacińskim i powierzono kolegiatę reformatorowi Johannowi Brenzowi. Świątynia uznawana była za główny protestancki ośrodek w Wirtembergii.