Άγιος Δημήτριος – Κρύπτη
Επί της ομώνυμης οδού, βορείως της αρχαίας Αγοράς και του βυζαντινού Μεγαλοφόρου, πάνω στα ερείπια συγκροτήματος ρωμαϊκού λουτρού, όπου φυλακίστηκε και μαρτύρησε το 303 ο αξιωματούχος του ρωμαϊκού στρατού Δημήτριος κτίστηκε αρχικά μικρός ευκτήριος οίκος. Στα μέσα του 5ου αι. ο έπαρχος του Ιλλυρικού Λεόντιος ανήγειρε στην ίδια θέση μεγάλη βασιλική, η οποία κάηκε στο σεισμό του 620. Με τη συνδρομή του Επάρχου Λέοντα και του Επισκόπου της Θεσσαλονίκης αποκαταστάθηκε στην αρχική της μορφή η βασιλική στον τύπο της πεντάκλιτης ξυλόστεγης με εγκάρσιο κλίτος και υπερώα. Η σημερινή αναδομημένη μορφή του ναού – ο οποίος καταστράφηκε σχεδόν ολοσχερώς στην πυρκαγιά του 1917 – είναι αποτέλεσμα εκτεταμένων εργασιών αναστήλωσης που άρχισαν το 1918 και ολοκληρώθηκαν το 1948.
Στη ΒΔ γωνία υπάρχει σήμερα ο τάφος του αγίου, σε θέση που πιστεύεται ότι υπήρχε ήδη από τα παλαιοχριστιανικά χρόνια. Ο ναός αφιερωμένος στον πολιούχο άγιο της Θεσσαλονίκης είναι προσκυνηματικός, γνωστός κυρίως και για τα ψηφιδωτά σύνολα που διασώθηκαν από τη μεγάλη πυρκαγιά του 1917. Πρόκειται για ένδεκα ψηφιδωτές συνθέσεις αναθηματικού χαρακτήρα του 5ου, 7ου και 9ου αι. που διατηρούνται στους δύο πεσσούς του ιερού βήματος και στο δυτικό τοίχο του κεντρικού κλίτους.
Η σημερινή αναδομημένη μορφή του ναού – ο οποίος καταστράφηκε σχεδόν ολοσχερώς στην πυρκαγιά του 1917 – είναι αποτέλεσμα εκτεταμένων εργασιών αναστήλωσης που άρχισαν το 1918 και ολοκληρώθηκαν το 1948.
Κρύπτη
Κάτω από το εγκάρσιο κλίτος του ναού βρίσκεται η Κρύπτη, που στα υστεροβυζαντινά χρόνια ήταν το κέντρο της μυροβλυσίας του αγίου. Κατά την περίοδο της οθωμανικής κυριαρχίας ο υπόγειος αυτός χώρος καταχώθηκε και εγκαταλείφθηκε ενώ η μνήμη της ύπαρξής του φαίνεται ότι σβήστηκε στα κατοπινά χρόνια. Αφορμή για τον εντοπισμό της στάθηκε η καταστροφική πυρκαγιά του 1917. Από το 1985 λειτουργεί έκθεση, διαρθρωμένη σε επτά (Α-Ζ) αίθουσες και περιλαμβάνει κατεξοχήν γλυπτά παλαιοχριστιανικά και βυζαντινά που μαρτυρούν τις επάλληλες περιόδους της μακραίωνης ιστορίας της βασιλικής του Αγίου Δημητρίου, ενώ σε δύο προθήκες εκτίθενται νομίσματα και κεραμικά, προερχόμενα από την επίχωση που είχε καλύψει το εσωτερικό της Κρύπτης.
Παρεκκλήσι Αγίου Ευθυμίου
Νοτίως του ιερού της βασιλικής προσαρτήθηκε τον 9ο – 10ο αι. ναΐδριο στον τύπο της τρίκλιτης βασιλικής, αφιερωμένο στον άγιο Ευθύμιο. Ο ναός κατάγραφος στο εσωτερικό του, τοιχογραφήθηκε το 1303 με δαπάνες του πρωτοστράτορα Μιχαήλ Γλαβά Ταρχανειώτη και της συζύγου του Μαρίας. Ο ζωγραφικός διάκοσμος, έργο προικισμένου καλλιτέχνη, αποπνέει την υψηλή αισθητική και τη δυναμική της παλαιολόγειας αναγέννησης.