La navata centrale dell' Arcibasilica, che era delimitata da trenta colonne, ebbe i primi pilastri in muratura dopo l'incendio del 15 giugno del 1307. Delle colonne originarie, soltanto sette rimasero intatte. Clemente V da Avignone provvide immediatamente ai restauri con la decretale Et si fidei dell'11 agosto 1307. Il restauro fu compiuto con rapidità se il re Enrico VII di Lussemburgo, il 29 giugno 1309, potè ricevere da tre cardinali la corona imperiale e rimase in ottimo stato se il re Ludovico il Bavaro nel 1327, non avendo trovato ecclesiastici, si fece coronare imperatore da Sciarra Colonna. L'incendio del 21 agosto 1361 peggiorò la situazione edilizia distruggendo un ciborio e quattro colonne di diaspro ma le sette superstiti furono in grado di sostenere la trabeazione e le 42 colonnine di marmo verde con eleganti capitelli continuarono fino al 1638 a delimitare le quattro navate laterali. Il beato Urbano V (1362-1370), in seguito alla lettera del Petrarca (21 agosto 1361) diretta al suo predecessore Innocenzo VI sulle condizioni edilizie dell' Arcibasilica rimasta priva di tetto per l'incendio del 1361, si portò da Avignone a Roma anche per accertarsi della conservazione delle Sacre Teste degli apostoli Pietro e Paolo custodite nella cappella del Sancta sanctorum. Il pontefice, collocatele sub arcu Salvatoris et super altare maius, cioè entro il ciborio gotico di Giovanni di Stefano, decise di affidarne la custodia al clero lateranense. I reliquiari delle sacre teste non furono asportati nei primi di maggio del 1527 dai lanzichenecchi nel saccheggio dell' Arcibasilica e del Patriarchio Lateranense se Urbano Mellini potè osservarli nel 1649 .

Martino V rinnovò il pavimento della navata centrale in stile cosmastesco con grandi tondi di porfido e lo ornò con il suo stemma, tuttora visibile, lo liberò degli amboni, del coro dei canonici e dell'altare di S. Maria Maddalena -costruito entro il coro canonicale, dipinto da Pietro Pisano, davanti all'altare papale- nel quale Onorio II (1124-1130) aveva deposto il corpo della santa senza testa. L'altare, che era stato ricostruito da Bonifacio VIII, fu trasferito in prossimità dell'ultima parasta sul lato destro dell'Arcibasilica. Al termine del pavimento, davanti all'altare papale, Martino V aveva disposto d'essere sepolto in un sepolcro di bronzo circondato ai quattro angoli da altrettante colonne di porfido che sorreggevano il ciborio. Le sue spoglie furono riesumate all'epoca di Pio IX e collocate entro la confessione.

Enrico Josi dal restauro del pavimento, e soprattuto dagli scavi che condusse negli anni 1934-1938, durante il pontificato di Pio XI, di cui lo stemma terragno, ha rintracciato le fondazioni costantiniane ed ha accertato che l'Arcibasilica è sorta sulle rovine dei Castra nova Severiana degli Equites singulares(corpo delle guardie imperiali di Massenzio), costruiti sotto Settimio Severo, e della schola curatorum, che aveva la forma a T cioè con transetto a più partizioni, che sporgevano oltre i muri esterni delle navatelle, ampio come la navata centrale. Tra i reperti emergono resti di marmo giallo numidico -del quale l'edificio costantiniano era rivestito e che giustificano il titolo dato da san Gregorio Magno (590-604) di basilica aurea-, un capitello con il simbolo eucaristico del cesto pieno di pane e di grappoli d'uva, un frammento d'iscrizione di Sergio III.

Ai piedi del pilastro di S. Taddeo, tra il materiale di scarico, fu rinvenuto un blocco di metri 1,10 per 0,80, che costituiva un'imposta di archi formata da un grosso dado piramidale con incavo per l'innesto del perno per fissare il capitello e con ancora parte della muratura d'inizio dei due archi. Un altro dado spoglio di muratura fu trovato nei pressi. Le colonne della navata centrale, secondo le indicazioni del Panvinio e dell'Ugonio, erano trenta di marmo numidico e, al tempo del Rasponi, quelle visibili da sette si erano ridotte a quattro. Il Cassirer ha pubblicato un disegno del Borromini nel quale si vede la fine della parete destra della navata centrale e, in luogo delle colonne, pilastri in muratura sorretti da archi. Al tempo del Panvinio e dell'Ugonio le colonne di marmo numidico della navata centrale erano trenta -quindici per lato- e l'intercolunnio, secondo gli scavi di Enrico Josi, era di metri quattro.

Dopo queste indagini si è ritenuto di aver raggiunto una qualche conferma dell'esistenza del deambulatorio o porticus intorno all'abside antica da attribuirsi a Nicolò IV (1288-1292). L'attribuzione invece a san Leone Magno (440-461) non sembra del tutto errata se Giovanni Diacono riferisce che l'altare dedicato ai martiri Crisante e Daria esisteva in questo porticato.
Gli scavi del 1876 avevano già dimostrato che tutti i muri di fondazione erano di identico tipo di muratura a blocchi irregolari formanti una specie di opus coementicium dello stesso spessore comune di m 1,70; soltanto il muro dell'abside costantiniana era rivestito di mattoni cioè era in opus testaceum.

Innocenzo X (1644-1655), a conoscenza del progetto di un totale restauro, ponderato seriamente negli ultimi anni di Urbano VIII ed anche in vista del giubileo del 1650, incaricò nel 1645 l'architetto romano Gerolamo Rainaldi di verificare la statica dell' Arcibasilica. Subito dopo, messo in programma il restauro totale, il pontefice il 15 aprile 1646 nominò sovrintendente per i lavori di ristrutturazione nell’Arcibasilica Lateranense Virgilio Spada (1596-1662), architetto privato, suo tesoriere, e mise a disposizione i fondi necessari ed ordinò di iniziare i lavori. Virgilio Spada che possedeva sette disegni di fondamentale importanza (l'ottavo è nel museo nazionale di Stoccolma) del Borromini, lo propose al papa come la persona adatta.

Il ticinese Francesco Castelli, rivale del Bernini, che aveva assunto il cognome di Borromini, era entrato ben presto a lavorare nella Fabbrica di S. Pietro -scuola d'architettura d'Europa fin dal tempo del Bramante- data la sua parentela con Carlo Maderno.

L'archeologo Fioravante Martinelli (1599-1667), scrittore ebraico e latino della Biblioteca Apostolica Vaticana, sostiene che la scelta del Borromini era dipesa dalla delicatezza del lavoro di restauro oltre che dalla fama goduta perciò lo lodò nella sua Roma ricercata nel suo sito, moltissime volte ristampata, e nel suo Primo trofeo, esaltando il lavoro di rinnovamento borrominiano dell’Arcibasilica. A tutto questo va aggiunto il problema della ristrettezza dei tempi: il papa, all'inizio del 1646 non solo aveva avuto la progettazione borrominiana, -ora nel codice Vaticano latino 11.258/166-, ma i lavori erano stati avviati nell'aprile 1646. Il restauro doveva essere pronto per l'apertura del giubileo del 1650 ed il Borromini vi riuscì, come testimoniato dalle targhe commemorative disseminate nell’Arcibasilica.

I lavori borrominiani, limitati dal pontefice alle cinque navate, si protrassero dal maggio 1646 all'ottobre 1649, ripresero il 20 febbraio 1652 per il rinnovo dei pavimenti delle navate minori affidati a Luca Berrettini, a Giovanni Martino ed a Filippo Frugone. Il pavimento della navata centrale fu restaurato da Pier Santi Ghetti. Innocenzo x, il 21 gennaio 1653, destinò 12 colonne di verde antico, sostituite da pilastri, alla chiesa di S. Agnese in Agone che stava costruendo. Il papa, in questo stesso anno, ordinò il restauro del portico e del pavimento.

Il tetto orientale delle navate minori nel gennaio 1647 era già scoperto e nell'ottobre tutto il tetto dell'Arcibasilica era a posto; nel 1650 la grata dorata nel piano superiore del ciborio per la sicurezza delle sacre teste degli apostoli era montata.

Il pontefice fu grato al suo architetto anche per il tempismo con il riferimento nell'epigrafe all'interno della porta principale nobilitata dallo stemma pontificale:

innocentius x Pont. Max. Lateranensem basilicam Constantini magni imperatoris Religione ac munificentia extructam summorum pontificum pietate Saepius instauratam Vetustate iam fatiscentem Nova molitione ad veterem Ex parte adhuc stantem conformatam Ornatu splendidiore restituit Anno iubilaei MDCL pont. VI.

Innocenzo X onorò il Borromini con il cavalierato dell'Ordine del Cristo e con la donazione di 3.000 scudi d'oro, per quanto conferì la stessa onorificenza all'Algardi (1595-1654) per una statua di bronzo del pontefice (1645/1650, Musei Capitolini, appartamento dei Conservatori) e Gregorio XV (1621-1623) ne aveva investito il ventitrenne Benini (1598-1680) per un suo ritratto. Filippo IV insignì il Borromini dell'Ordine di S. Giacomo, la massima onorificenza spagnola, dopo il rifacimento dell'edificio che aveva acquistato a piazza di Spagna nel 1647 come sede della sua ambasciata a Roma.

Il Borromini nell'accingersi all'impresa, secondo Fra Juan de S. Bonaventura procuratore dei Trinitari, aveva intenzione di rinnovare l'Arcibasilica dalle fondamenta in analogia alle ricerche fatte da Michelangelo. Egli, che era un rappresentante cosciente e deciso del Barocco e che aveva l'opinione pubblica di Roma dalla sua, non raccolse il dissenso del Capitolo Lateranense. Innocenzo X, considerato il parere capitolare, fu irremovibile sul mantenimento assoluto dell'esistente a cominciare dal soffitto a lacunari e stabilì con chirografo del 15 marzo 1647 che il restauro dell'Arcibasilica doveva essere mantenuto per quanto sarà possibile nella sua primitiva forma et abbellirla .

L'architetto romano Girolamo Rainaldi forse non rimase estraneo all'opposizione capitolare se gli si attribuisce un progetto diverso, tuttora conservato nella Galleria Albertina di Vienna. Non sembra però improbabile che il contenimento dell'imponente impegno finanziario avesse avuto il suo peso. Il restauro borrominiano attuale, quindi, potrebbe essere una soluzione di compromesso tra il volere conservativo d'Innocenzo X, per quanto iniziatore di una renovatio dallo spettro più ampio, e le ferme idee innovative del grande architetto. Moderni avversari non sono mancati al Borromini come il Quatremere de Quincy, che così lo inquadra: Diruit, aedificat, quadrata mutuai rotundis ma va pur tuttavia riconosciuto al Borromini di essere riuscito a creare un interno splendido pur non essendo rimasto estraneo alle navate lateranensi l'esempio manieristico di Flaminio Ponzio (1559/60-1613) a S. Sebastiano fuori le Mura.

Il Borromini realizzò la sua idea innovatrice nelle cinque navate . Aprì cinque grandi arcate nel muro rinforzato con pilastroni appaiati fino al soffitto, ottenuti con la muratura delle antiche colonne di granito, in corrispondenza di cinque cappelle. Nei dodici pilastroni, che nella navata centrale sostengono un cornicione corrente sui tre lati decorato con simboli ecclesiastici, inserì altrettanti nicchioni o tabernacoli, arricchiti da portali in pietra paonazza scorniciata, ornati di timpano con la colomba pamphilia -simbolo già esistente nell'Arcibasilica-, sostenuto da due colonne di verde antico provenuto dalle navate minori abbellite con bordure sul pavimento.

I nicchioni erano destinati ad accogliere le statue degli apostoli, che vi giunsero nel secolo successivo. Una corona ornata di pietre preziose e di punte (raggi) alternati a perle, sotto il timpano, richiama le statue argentee degli apostoli coronati che stavano sul tabernacolo dell'altare papale. Il Borromini, nel commento al suo progetto, individua nelle navate un luogo della storia sacra come annunciata dall'Apocalisse 21, nove: "Ed egli ... mostrò la città santa di Gerusalemme ... aveva mura poderose con dodici porte ... e su di loro stavano i nomi dei dodici apostoli dell'Agnello" (BAV, Vat. lat. 11. 257 f. 258).

Le misure fondamentali non furono mutate, nessun muro fu abbattuto, rimasero i pilastri e la facciata costantiniana, però gli affreschi di Gentile da Fabriano e di Pisanello furono cancellati mentre fu salvato il soffitto a cassettoni: però dell'aspetto dell'antica basilica rimase ben poco. La navata centrale fu incastonata in travate ritmiche con paraste giganti, probabilmente, pensate con volta a botte cassettonata e finestre, i cui archi di volta avrebbero dovuto continuare gli aggetti della trabeazione. La navata centrale, che regge il tetto a capriata e termina con il transetto e l'abside semicircolare al pari di quello della basilica costantiniana di Gerusalemme, ha lunghezza di metri 130 (fino all'apice dell'abside in fondazione metri 98,5) ed altezza di metri 30. La larghezza totale, compreso lo spessore dei muri, delle cinque navate è di metri 55,6 (larghezza delle navate minori esterne metri 8,8), pur rimanendo i dubbi sull'altezza costantiniana anche sull'atrio. L'esedra d'ingresso a pianta di "mi" greca, che non è in asse con il tabernacolo di Giovanni di Stefano, immette nella navata guardata da trenta grandi colonne di granito, che hanno il compito di sostenere l'architrave e dare adito alle quattro navate minori laterali divise a loro volta da colonne mezzane di verde antico. Le finestre, poggiando sulla cornice, spezzano l'architrave ed il fregio, riducono il ruolo della parete e della massa muraria, modulano la luce diffusa dalle arcate da tre direzioni. I tabernacoli furono completati da Clemente XI dal 1700 al 1718 con statue degli apostoli (alte metri 4,60) di scuola berniniana.

Le statue e le pitture dei profeti a cominciare dal lato destro della porta principale sono: san Taddeo del romano Lorenzo Ottoni ed il profeta Nahum del bolognese Domenico Maria Muratori (1661-1742); san Matteo del milanese Camillo Rusconi (1658-1728) con il profeta Giona del romano Marco Benefial (1684-17644); san Filippo del volterrano Giuseppe Mazzuoli (1644-1725) con il profeta Amos del grossetano Giuseppe Nasini (1657-1736); san Tommaso del parigino Pierre Legros (1666-1761) con il profeta Osea del romano Giovanni Oddazzi (1663-1731); san Giacomo Maggiore di Camillo Rusconi con il profeta Ezechiele del romano Giovanni Paolo Melchiorri (1664-1745); san Paolo di Pierre Etienne Monnot (1657-1733) con il profeta Geremia del gaetano Sebastiano Conca (1680-1764); dal lato sinistro a partire dall'altare papale: san Pietro di Pierre Etienne Monnot con il profeta Isaia del fiorentino Benedetto Luti (1666-1724); sant'Andrea di Camillo Rusconi con il profeta Baruch dell'istriano Francesco Trevisani (1656-1746); san Giovanni Evangelista di Camillo Rusconi con il profeta Daniele del bolognese Andrea Procaccini (1560-1621); san Giacomo minore del genovese Angelo de Rossi (1671-1715) con il profeta Gioele del pistoiese Luigi Garzi (1638-1721); san Bartolomeo di Pierre Legros con il profeta Abdia del romano Giuseppe Chiari (1655-1733); san Simone del padovano Francesco Moratti (+1719/21) con il profeta Michea del romano Pier Leone Ghezzi (1674-1755).

Sopra i nicchioni sono illustrati sei episodi del Vecchio Testamento e sei del Nuovo. La scelta di questi episodi sarebbe derivata da quelli dell'epoca costantiniana, stando ai due legati di Adriano I (772-795), che li videro in uno stato più o meno integro. Gli episodi sono: Adamo cacciato dall'Eden di Giovanni Battista Morelli, al quale corrisponde sulla parete di fronte il buon ladrone accolto in paradiso di Michel Anguier; le "reliquie dei viventi" salvate dall'arca di Michel Anguier ed il genere umano rigenerato nel battesimo di Ercole Antonio Raggi(1624-1686); il sacrificio di Isacco di Domenico Rossi (1659-1703) e Cristo porta la Croce di Raggi; Giuseppe venduto di Francesco Pinazzi e Cristo venduto di Alexander Grenoble; Mosé conduce gli ebrei fuori dall'Egitto di Michel Anguier e Cristo nel limbo di Giovanni Francesco Rossi (+1677); Giona nel ventre del pesce di Gervaise Deruet e Resurrezione di Giovanni Lazzoni (1617/8-1688). In questi altorilievi più che lo spirito dell'arte cristiana antica prorompe quello Barocco. L'artista cristiano, infatti, rappresenta il momento saliente dell'azione, si limita alle figure necessarie e lascia in disparte quanto superfluo con lo scopo principale della scena. L'artista barocco invece impone particolari estranei allo scopo della composizione fino al punto di distogliere l'attenzione dello spettatore. Si osservi ad esempio la madre che trascina il suo bambino nudo al battesimo di Gesù e la madre che seduta allatta mentre tutti fuggono nel passaggio del mar Rosso.

Dodici ovali a festoni di palme con immagini dipinte ad olio di dodici profeti, -sopra gli altorilievi- consentirono, finché rimasero vuoti, di vedere l'antico muro. Se però il Borromini sostituì lo stucco antico con il proprio, è vano sperare di rinvenire sotto gli stucchi la decorazione precedente come ad esempio quella di Giotto, di Gentile da Fabriano, di cui Michelangelo assicurava "che nel dipingere aveva avuto la mano simile al nome". Il Wilpert ritiene invece che l'ornamentazione attuale barocca della navata centrale sia stata orientata sui motivi decorativi dei mosaici costantiniani, che, distrutti dal terremoto dell'896, furono in qualche modo ripetuti nelle pitture di Sergio III (903-914), e, riapparsi sotto gli intonaci applicati nel Rinascimento, ricevettero gli affreschi di Gentile da Fabriano e del Pisanello secondo un rilievo del Borromini.

I profeti degli ovali furono dipinti tutti con in mano un rotolo dispiegato sul quale era scritto un breve testo allusivo a qualche mistero sulla vita del Cristo. Il fregio, sopra gli ovali dei profeti, allinea monogrammi costantiniani; colombe con ramo d'olivo nel becco, palme incrociate e candelabri con festoni di lauro denunciano sicuramente l'epoca d'Innocenzo X. Il tema del fregio però deve essere antico come la sequenza delle dodici scene bibliche -anche se il tutto sarebbe stato fagocitato dal Barocco-. A parte il fatto che il fregio corona in modo geniale la navata centrale, l'elemento più antico si trova nella colomba con il ramoscello d'olivo, che era il simbolo preferito dell'arte cimiteriale.

II soffitto della navata centrale, attribuito a Michelangelo (1475-1564), a Daniele Ricciarelli da Volterra (1509-1566) ed a Pirro Ligorio, è stato realizzato dall'ebanista francese Flaminio Boulanger, che lo iniziò nel 1562, affiancato dai maestri di legname Vico di Raffaele di Lazzaro e Matteo Bartolini da Castello. Vico di Raffaele di Lazzaro, morto insieme con altri nove operai per il cedimento dell'incastellatura, fu sostituito dal maestro Ambrogio. Le decorazioni ed i simboli si debbono a Daniele Ricciarelli, coadiuvato da Lucio Luzi (+1576) e dal doratore Leonardo Cugni. Il riquadro centrale si concluse durante il pontificato di Pio IV (1559-1565), come attestato dallo stemma pontificale, così pure quello di san Pio V (1566-1572) testimonia i lavori compiuti durante il suo pontificato.