Η σταδιακή ανάκαμψη της Μονής κατά τον 16ο αιώνα οφείλεται, εκτός από τη γενικότερη συγκυρία της εποχής, που παρατηρείται εξάλλου σε όλο το Άγιον Όρος, και στις προσπάθειες που καταβλήθηκαν για τη διατήρηση, ανάκτηση και αύξηση των κτήσεών της.
Το 1592 ο Πρώτος Βησσαρίων και η Ιερή Σύναξη έλυσαν επιτέλους τη διαφωνία μεταξύ της Ιεράς Μονής Καρακάλλου και της Ιεράς Μονής Μεγίστης Λαύρας σχετικά με τα όρια στην περιοχή της παλαιάς Μονής των Αμαλφηνών, που κρατούσε από το τέλος του 13ου αιώνα. Το ίδιο επανέλαβε ο πατριάρχης Ιωαννίκιος Β΄ με πατριαρχικό σιγίλιο του 1762.
Μετά την οθωμανική κατάκτηση και παρά τις απώλειες, η Μονή συνέχισε να διατηρεί ιδιοκτησίες στις τοποθεσίες των βυζαντινών μετοχίων της, ενώ στην κατοχή της εμφανίστηκαν και νέα μετόχια, τα οποία δεν κατείχε τα βυζαντινά χρόνια, στη Χαλκιδική (Ιερισσός, Κασσάνδρα, Ορμύλια, Σιδηροκαύσια), στον Στρυμόνα (στα κατοπινά Νέα Κερδύλια κ.α.), στα νησιά του Βορείου Αιγαίου Θάσο, Λήμνο και Άγιο Ευστράτιο, αλλά και στην Κρήτη, στη Μικρά Ασία και στη Βεσσαραβία.
Η σταδιακή ανάκαμψη της Μονής τον 16ο αιώνα συνεχίστηκε και κατά τους επόμενους αιώνες. Αναλήφθηκαν τότε πρωτοβουλίες για την ανακαίνιση και την ανοικοδόμηση του κτηριακού συγκροτήματος της Μονής, ειδικά με τη γενναία χορηγία των ηγεμόνων της Μολδαβίας μετά από μια θρυλούμενη πυρκαγιά το 1530, η οποία όμως δεν μαρτυρείται από καμιά αξιόπιστη πηγή. Ο ηγεμόνας της Βλαχίας Ιωάννης Πέτρος Ράρες κατόρθωσε και εξαγόρασε από τους Τούρκους για λογαριασμό της Μονής διάφορα μετόχια της (1570) και στο τέλος μόνασε και ο ίδιος εδώ. Η στερεή οικονομική βάση που κατέκτησε τότε η Μονή συνδυάστηκε με την παρουσία δραστήριων μοναχών, οι οποίοι χρηματοδοτούσαν και οι ίδιοι και καθοδηγούσαν τα έργα.
Τον επόμενο αιώνα ο βασιλιάς της Ιβηρίας Αρτχίλ και ο αδελφός του Γεώργιος Βαχτάγ (1674), καθώς και ο μοναχός Ιωάσαφ, αλλά και άλλοι αγιορείτες πατέρες τον 18ο αιώνα, φρόντισαν πολύ για το Μοναστήρι, το οποίο έφτασε σε μεγάλη ακμή, ενώ κατά ορισμένες μαρτυρίες φιλοξενούσε τότε μερικές εκατοντάδες (έως 500) μοναχούς.
Στα τέλη του 18ου αιώνα μια εφήμερη διοικητική αρρυθμία, οφειλόμενη σε κακοδιαχείριση του σκευοφύλακα προηγουμένου Γεράσιμου (1788), δεν είχε συνέχεια. Το μεγάλο γεγονός των προεπαναστατικών χρόνων που άλλαξε σταδιακά την πνευματική φυσιογνωμία της Μονής ήταν η επάνοδος στο κοινοβιακό καθεστώς, στο οποίο είχαν ήδη επανέλθει έξι αθωνικές Μονές. Τον Ιούλιο του 1813 ολοσφράγιστο γράμμα της Μεγάλης Σύναξης κοινοποίησε την απόφαση της Ιεράς Μονής Καρακάλλου να γίνει κοινόβιο με ηγούμενο τον ιερομόναχο Νεκτάριο από το χιλανδαρινό κελλί της Αναλήψεως. Η μετάβαση στον κοινοβιακό τρόπο παγιώθηκε με την έκδοση του σιγιλίου του πατριάρχη Κυρίλλου ΣΤ΄ το ίδιο έτος.
