Entrando in Chiesa, l’attenzione del visitatore è subito catturata dal bellissimo altare marmoreo di Andrea Della Robbia, unica opera in marmo dell’artista. L’altare maggiore, posto sotto l’arco trionfale, separa nettamente il coro dallo spazio dedicato ai fedeli.

  Prima dei lavori di restauro dei primi del ‘900, accanto all'altare maggiore erano presenti due porte, eseguite ad imitazione di quelle già esistenti nella Chiesa di San Paolino dei carmelitani a Firenze. Le porte erano sormontate da due busti, quello di San Giovanni della Croce e quello di Santa Teresa d’Avila, riformatori dell’ordine dei carmelitani.

  L’altare, della fine del quindicesimo e inizio sedicesimo secolo, incornicia l’affresco di Parri di Spinello, rara opera giovanile dipinta per volere di San Bernardino da Siena. L’affresco raffigura la Madonna della Misericordia ‘’che aprendo le braccia copre col suo manto il popolo di Arezzo’’ (G.Vasari) e che il Tafi definisce ‘’pittura squisita nelle linee e luminosa nel colore’’. Nel dipinto vengono rappresentati gli uomini a sinistra e le donne a destra. In primo piano si notano San Bernardino e Santa Caterina da Siena e, con la mitra papale, il pontefice beato Gregorio X, morto ad Arezzo nel 1276 e che donò ben 30.000 fiorini d’oro per la costruzione della Cattedrale aretina, dove tuttora si trovano le sue spoglie. ‘’L’opera è sottilmente tardo gotica nell’allungatissima immagine e negli stremati devoti. Infatti, la figura alta e frontale della Vergine, severa come un idolo, ha un sapore arcaico che viene appena stemperato dai vivaci colori dei fedeli’’ (Mario Salmi). Originariamente, la Vergine Maria indossava un lamierino in ferro quale corona, che si rovinò a causa della ruggine con il passare del tempo. La popolazione di S.Maria delle Grazie, durante il pellegrinatio Mariae del 1963, offrì l’oro per la realizzazione di un prezioso diadema realizzato dalla ditta orafa Unoaerre di Arezzo, su disegno di Bruno Galoppi. Il gioiello fu trafugato nella notte dell’11 dicembre 1979 e l’affresco ne restò privo sino al 1988, anno in cui fu alloggiata l’attuale corona d’argento dorato incastonata con pietre dure, eseguita su disegno della Prof.ssa Lelia Burroni.

  L’affresco è largo 1,53 metri e alto 2,06 metri ed è circondato da un festone di foglie, fiori e frutta in terracotta invetriata policroma. Per esigenze di culto, e per la realizzazione delle due porte laterali, il festone fu mutilato delle due parti in basso. A seguito della distruzione delle due porte, all’inizio del Ventesimo secolo Il Prof. Mariani ricreò la parte mancante del festone imitando abilmente il robbiano nella modellatura dei particolari. Tuttavia, le vernici utilizzate non furono idonee a ricreare la vivacità dei colori di Andrea della Robbia, e le parti ricreate furono pertanto lasciate prive di pittura. L’affresco ed il festone sono circondati da un elegante fregio marmoreo, decorato nella parte superiore da graziose testoline di angioletti dalle molteplici espressioni (l’urlante, il vezzoso, il canoro, l’imbronciato, l’arguto, gli occhi al cielo, l’assonnato, il ridanciano, l’attento e l’addormentato) ed al centro dalla colomba raffigurante lo Spirito Santo. Nella parte inferiore sono ospitati, in nicchie rettangolari di marmo rosso, quattro statuette marmoree. In alto a sinistra si trova San Donato (per Pasqui e Viviani si tratta di S.Agostino) e in basso San Piergentino, in alto a destra San Bernardino e in basso San Lorentino. A destra e a sinistra di questo duplice ornamento in terracotta e marmo, si innalzano due pilastri marmorei squisitamente disegnati e lavorati (da notare l’estrema finezza e delicatezza del bassorilievo delle candeliere) che sorreggono un architrave in marmo decorato superiormente con testine angeliche. La parte superiore dell’altare si conclude con un frontone curvilineo nella cui lunetta è raffigurata una bellissima Madonna che sorregge il bambino tra due angeli adoranti e, al di sopra della cornice, quattro angioletti reggi candela.

 Negli oltre venti putti e testine di angeli rappresentati nell'altare maggiore, Andrea della Robbia ha ricordato i cori angelici: nell'architrave si trovano i serafini con sei ali; nell'arco a semicerchio si trovano  i cherubini con quattro ali; nel frontone si trovano due angeli con due ali.

 Nella parte inferiore dell’altare maggiore si trova un bassorilievo raffigurante la ‘’Pietà’’ con Cristo al centro e, ai lati, la Madonna piangente e San Giovanni evangelista che guardano con mesto dolore il corpo senza vita di Gesù. Nel dolore e nella contestuale soavità e dolcezza dei volti della Madonna e di San Giovanni evangelista, vi è espressa la drammaticità e al tempo stesso la fede del credente nel mistero pasquale della Resurrezione. Questo raffinato paliotto fu rubato nella notte tra il 10 e l’11 dicembre 1979. Dopo lunghe ricerche, i carabinieri lo rintracciarono nei pressi di Roma e il 13 febbraio 1982, fra l’esultanza dei fedeli, fu rimesso al suo posto.