Na początku XVII wieku z inicjatywy księcia Karola II lub jego synów Henryka Wacława i Karola Fryderyka budynek został gruntownie przebudowany w stylu renesansowym. Wejście ozdabiał bogaty portal, okna piano nobile były wykończone na przemian trójkątnymi i odcinkowymi naczółkami. Największe zmiany dokonano w górnej części pałacu zmieniając je w dekoracyjne piętro attykowe ze szczytowymi facjatami. Od strony ulicy Krowiej do pałacu dobudowane zostało skrzydło a za nim znajdowała się brama umożliwiająca wjazd na tylny dziedziniecWygląd pałacu książąt oleśnickich w ok. 1691.
W 1672 roku właścicielem pałacu była księżna Elżbieta Maria a po jej śmierci w 1686 trafił do rąk, w drodze podziałów spadkowych, księcia Sylwiusza Fryderyka oleśnickiego. Z jego zlecenia wykonano wówczas przebudowę budynku na okazałą rezydencje. Attykowe piętro zostało przebudowane na czwartą kondygnację i zaopatrzono ją w galerię widokową zamkniętą od frontu balustradą. Na elewacji, na wysokości drugiej i trzeciej kondygnacji, pomiędzy oknami wykonano dekorację stiukową w formie pęków kwiatowo-owocowych. Ponad trzecią kondygnacją biegła tralkowa balustrada a na jej postumentach umieszczone zostały wazy i popiersia. Nad czwartą kondygnacją, w osi środkowej, znajdowała się facjata z godłem rodowym.