Cami genelindeki ahşap kapı ve kepenkler numaralanarak söküldü. Üzerlerinde özelliğini kaybetmiş cila tabakası raspa tekniği ile temizlenerek, özgün durumları ortaya çıkarıldı. Ahşaplar böceklere karşı ilaçlandı ve fümigasyon yapıldı. Sonrasında bütün ahşap elemanların aslına uygun parça değişimleri gerçekleştirilerek tamir edildi. Üzerlerine koruyucu ve gomalak cila sürüldü.
Şerefe altı makarasındaki kopmuş ve düşmek üzere olan sarkıtlar ve diğer süsleme ögeleri özgün taş malzeme ile yeniden üretilerek yerlerine paslanmaz zıvanalar yerleştirildi. Şerefe altındaki Selçuklu sanatının bir örneği olan kırmızı taşlar ile taş içine taş kakma olarak yapılmış olan süslemelerde, özgün taş araştırması yapılıp, taşlar bulunduktan sonra temizlik, hasarlı taşların çürütülmesi ve yenilenmesi işlemleri gerçekleştirildi.
Mihrap cephesinde meydana gelen sehimler için paslanmaz malzeme ile gergi ve cephe kuşak yapılarak güçlendirildi. Avlu zemin mermer döşemeleri elden geçirildi, parça değişimleri gerçekleştirildi. Özgün mihrap ve minber temizlenerek, altın varak uygulaması yapıldı. Müezzin mahfili ve hünkar mahfili ahşap tavanlarda raspa yapılarak edirnekari süslemeler ortaya çıkartıldıktan sonra koruyucu sürüldü.
Restorasyon sırasında, 1509'da meydana gelen ve "küçük kıyamet" diye anılan depremden sonra kısmen onarılan camiyi 1573'te elden geçiren Mimar Sinan'ın güçlendirme çalışmaları sırasında inşa ettiği kemerlerdeki kalem işleri de gün yüzüne çıkarıldı. Caminin restorasyonunda yaklaşık 150 kişilik bir ekip görev aldı.
