Au deuxième étage subsistent encore quelques salles de l'ancienne disposition. La salle du Gonfalonier est actuellement nommée salle des Lys à cause de son beau plafond à caissons dorés contenant un fleuron autour duquel rayonnent les six fleurs de lys florentines, belle œuvre du XVe siècle.
GHIRLANDAJO décora de fresques murales une grande Partie des salles du Palais Vieux. De ce travail il ne subsiste que la décoration de la salle du Gonfalonier, et encore est-elle mutilée par une porte ouverte, sous les Médicis, au beau milieu d'un des panneaux. Sous trois arcades d'une magnifique architecture saint Zenobe est représenté en riches ornements pontificaux; il est assis et bénit entre deux diacres debout. Cette belle œuvre de Ghirlandajo est traitée avec une puissance et une largeur de composition remarquables (1481).
Une ravissante porte sculptée par BENEDETTO DA MAJANO, en 1481, réunit la salle des Lys à la salle d'Audience. Les deux vantaux de la porte sont une mosaïque de bois où JULES DE MAJANO a représenté les portraits de Pétrarque et de Dante.
Le beau plafond à caissons du XVIe siècle, dans la salle d'Audience, est l'œuvre de MARCO DEL TASSO.
Après avoir traversé la petite Chapelle des prieurs de Saint-Bernard, où Savonarole passa sa dernière nuit, puis une succession de salles sans intérêt, à part une peinture sur bois de la Vierge avec l'Enfant et Saint Jean-Baptiste par BOTTICELLI, on arrive à la salle de la Justice décorée par BRUNELLESCHI d'une fontaine soi-disant copie de celle de la maison de Pilate à Jérusalem.
La salle des Cartes géographiques est l'ancienne bibliothèque. Elle est entourée d'armoires dont les portes sont décorées à l'extérieur de cartes géographiques peintes au XVIe siècle et reproduisant le monde connu alors.
Sur LA PIAZZA DELLA SIGNORIA, à droite de l'entrée du Palazzo Vecchio, est un groupe d'Hercule et de Cacus (1540) par BACCIO BANDINELLI, le rival malheureux de Michel-Ange. A l'angle nord-est du palais se voit aussi une fontaine surmontée d'un Neptune colossal et de Tritons par Bartolommeo AMMANATI (1575). Ces sculptures, comme les précédentes, se ressentent de l'influence déplorable exercée par Michel-Ange sur des artistes secondaires. Des divinités marines en bronze de JEAN DE BOLOGNE contribuent à l'ornementation de cette fontaine érigée à la place où se dressa le bûcher de SAVONAROLE, le 23 mai 1498. A côté s'élève la statue équestre de Cosme par JEAN DE BOLOGNE (1594).
LE PALAIS UGGUCIONE, sur un côté de la petite place, eut, dit-on, Raphaël pour architecte.