L'edicola venne trasformata in Cappella votiva nel 1456, per ringraziare la Madonna delle Grazie di aver liberato la città dalla peste.
L’icona mariana fu dipinta nuovamente da Andrea di Bartolo ed è venerata anche oggi con i nomi di S. Maria della Misericordia e Madonna del Soccorso o Madonna delle Grazie. L’immagine mariana, ancora oggi esistente e offerta alla venerazione dei fedeli, è quella di una Mater Misericordiae che raccoglie i devoti sotto il suo ampio manto.
Ad officiare il modesto edificio, nel 1486 furono chiamati dal Comune i frati Carmelitani, i quali, mentre aumentava grandemente l’afflusso dei fedeli a causa delle grazie ricevute, costruirono intorno ad esso una chiesa, che fu completata nel 1509 con il nuovo titolo di Madonna del Carmine. Accanto al santuario i Carmelitani edificarono anche il loro convento, che però sarebbe stato completato solo nel 1624 con la costruzione del chiostro.
Nel 1557 si ricorda un intervento della Madonna delle Grazie durante la liberazione di Jesi dalle truppe francesi ad opera di un manipolo di soldati guidati dal Gonfaloniere Roberto Santoni.
L'altare maggiore fu dedicato alla Vergine del Carmelo, ai due lati due grandi tele realizzate dai pittori: Angelo Zona, veneto, nel 1843 e dallo stesso jesino Luigi Mancini nel 1850, stanno a ricordare gli interventi miracolosi della Madonna contro la peste e contro i francesi. 
I Carmelitani vennero allontanati nel periodo napoleonico e subito dopo l'Unità d'Italia ritornarono di nuovo custodi del Santuario delle Grazie.