Zasadniczy etap budowy nowej świątyni rozpoczął się w latach 40. XVII wieku dzięki wsparciu mieszczan i okolicznej szlachty. W latach 1641–1658 zbudowano postgotyckie prezbiterium z zakrystią fundacji Jana Ostrołęckiego oraz rodziców plebana Jakuba Zejdlica. Prezbiterium wzniesiono z cegły i przesklepiono, od północy dobudowano murowaną zakrystię, natomiast korpus nawowy pozostał drewniany do XVIII wieku. Do niego dobudowano murowaną kaplicę Różańcową. Zasadnicze prace ukończono przed najazdem szwedzkim w 1655 roku.
W czasie potopu szwedzkiego, po zajęciu Ostrołęki przez wojska szwedzkie w 1656 roku, świątynia została uszkodzona. W następnych dziesięcioleciach proboszcz Walenty Humięcki przeprowadził remont wnętrza, wykonując m.in. ceglaną posadzkę w murowany prezbiterium i drewnianą w drewnianej nawie oraz odnawiając kaplicę Różańcową. 14 lutego 1696 roku kościół konsekrował biskup płocki Andrzej Chryzostom Załuski. Otrzymał on wezwanie Nawiedzenia Najświętszej Maryi Panny i św. Mikołaja Biskupa.