Kilkanaście lat później nocą z 3 na 4 grudnia 1532 roku doszło do jednej z największych tragedii w historii Całunu. Otóż z niewiadomych przyczyn doszło do wybuchom pożaru, który doprowadził do zawalenia się fasady kaplicy i całkowitego spalenia jej wnętrza, zniszczenia relikwiarza, ale także uszkodzenia samego płótna. Można przypuszczać, że, jak to często bywało w kościołach, przyczyną była źle dogaszona świeca. Relikwię udało się ocalić dzięki brawurowej akcji czterech mężczyzn: Filiberta Lamberta, kowala Guglielma Pussod i dwójkę franciszkanów. Cała ta sytuacja została opisana przez jednego z uczestników w książce Sindon Evangelica z 1581 roku: mężczyźni rozbiwszy kraty, wyciągnęli Całun z płomieni, gdy srebro na relikwiarzu już się topiło od żaru.[14] W tym czasie krople srebra zdołały już węglić jeden róg płótna i opalić bok jego złożenia.[15] Następnie umieściwszy całość w bezpiecznym miejscu, oblali wodą relikwiarz zarówno z zewnątrz, jak i w środku. Całe zdarzenie doprowadziło do uszkodzenia wizerunku na płótnie w miejscu, w którym odzwierciedlone zostały łokcie oraz część plamy krwi, która wypłynęła z boku. Łącznie pożar, spowodował zniszczenia w 24 miejscach oraz zostawił inne jeszcze ślady nadpaleń. Na szczęście ogień nie spowodował całkowitego zniszczenia tkaniny a było do tego niezmiernie blisko, a to dzięki złożeniu Całunu aż na 48 warstw i ułożeniu go wewnątrz relikwiarza w taki, a nie inny sposób.[16] Włoski naukowiec Giorgo Tessiore przeprowadził ekspertyzę, której wynik jest zdumiewający. Według jego ustaleń podczas pożaru temperatura wewnątrz kaplicy osiągała ok 500 stopni Celsjusza, zaś w samym relikwiarzu ok. 280 stopni. Tylko niewielki odcinek czasu dzielił Całun od całkowitego zniszczenia.[17]
Uszkodzenia Świętego Sindonu i tak były wystarczająco poważne i relikwia wymagała dokonania napraw, co ze względu na sakralny jej charakter, domagało się podjęcia działań z prawdziwym kunsztem i pietyzmem. 15 kwietnia 1534 roku został wezwany wspomniany wyżej kardynał Ludwik z Gorevod, aby stwierdzić, czy uszkodzona tkanina jest na pewno Świętym Sindonem.[18] Następnego dnia przystąpiono do realizacji naprawy, do czego wybrano siostry klaryski z Chambéry, które były specjalistkami w dziedzinie tkactwa. Renowacje przeprowadzały one między 16 kwietnia a 2 maja 1534 roku. Zgodnie z wolą księcia Karola II prace wykonywały „na klęcząco” 4 siostry. Zastosowały one aż 8 ściegów przyszywając 16 łat w miejsce zniszczonych części oraz podszywając całość z jednej strony lnianym płótnem holenderskim, celem wzmocnienia tkaniny. Zastosowana przez siostry technika w sposób perfekcyjny naśladowała charakter oryginalnego płótna. Całość prac przebiegała w duchu modlitwy i adoracji Najświętszego Sakramentu, prowadzonych przez współsiostry oraz pod ścisła kontrolą władz duchownych oraz 4 strażników.[19] Co ciekawe w roku 2002 odkryto, że siostry pod przyszytymi łatami umieściły resztki Całunu ocalone z pożaru.[20]
W latach 1535-1561 w związku z koniecznością ochrony relikwii przed zagrożeniami wojennymi Całun znów znalazł się w drodze, przebywał m.in. w Turynie, Vercelli, Mediolanie, Nicei i Chambéry.[21] Generalnie w roku 1535 trafił do rejonu Piemontu, zaś 4 maja tegoż roku został wystawiony w Turynie, w 1537 r. znajdował się w Vercelli, później w Aoście, aby znów w 1550 roku powrócić do Vercelli. Po kilkuletnich wędrówkach tkanina powraca w 1561 roku do Chambéry. Początkowo jest przechowywana w kościele franciszkańskim pw. św. Marii Egipskiej, po czym 4 czerwca w uroczystej procesji powraca do kaplicy zamku.[22]
