Dwa lata później w 1606 dokonano odbudowy kościoła, ukończonej dzięki staraniom podkomorzego sanockiego Piotra II Bala, w wyniku czego powstała nowa, murowana świątynia o charakterze jednonawowym, wzniesiona w stylu barokowym.
W późniejszym czasie tytuł kościoła Znalezienie Krzyża Świętego został zamieniony na Podwyższenie Krzyża Świętego (dzień 14 września). W okresie I Rzeczypospolitej pomieszczenia klasztoru były miejscem odbywania sejmików szlacheckich dla całej ziemi sanockiej (1612)Najprawdopodobniej stanowiło to regularną praktykę, co umacnia informacja o uchwaleniu kwoty na utrzymanie kościoła na sejmiku wisznieńskim – Feliks Kiryk, Kościół i klasztor franciszkański, W okresie staropolskim, w: Sanok. Dzieje miasta, Praca zbiorowa pod redakcją Feliksa Kiryka, Kraków 1995, s. 243.. Po raz kolejny zabudowania kościoła i klasztoru zostały zniszczone przez pożar w 1632. W latach 1632–1640 dokonano ponownej odbudowy kościoła i klasztoru wykonanej z kamienia łamanego i datę końcową uznaje się za powstanie obecnego kształtu kościoła i klasztoru. W tych latach powstały też nowe zabudowania klasztorne (drewniane) – od 1717 rozpoczęto zastępowanie ich jednolitą z kościołem konstrukcją murowaną. Kolejne skrzydła czworoboku klasztornego wzniesiono w latach 1722–1747 i 1758-1775.