La cappella addossata alla parete destra del presbiterio era in origine di giuspatronato della famiglia Franciarini. Per essa fu realizzato da Virgilio Nucci il quadro con la Deposizione di Cristo nel Sepolcro (ora nel primo altare a destra entrando in chiesa), risalente con ogni probabilità a dopo il 1606. Nel 1914 il dipinto venne depositato presso il Museo Comunale di Gubbio. La grande Croce sagomata che attualmente si vede sopra l'altare fu collocata in questa cappella verso il 1960.

L'altare in pietra
L'altare lapideo fu rinvenuto sotto quello di San Nicola da Tolentino, da cui fu estratto nel 1967 e poi trasferito nel presbiterio per farne l'altare del Santissimo Sacramento. La mensa dell'altare poggia su sette archetti (tre sulla fronte e due laterali) sorretti da pilastrini formati ciascuno da quattro colonne unite tra di loro. Nell'arco centrale è incisa, in caratteri gotici, la scritta "AD H(ON)OREM B(EAT)E KATHERIN[E]". Potrebbe trattarsi dell'altare della cappella dedicata alla martire di Alessandria, ancora documentata alla fine del Trecento. Questo manufatto, databile al XIII secolo, è forse la più antica testimonianza attualmente conservata in chiesa.

La croce sagomata
Ricordata dalle fonti tardo-ottocentesche nella sacrestia. All'inizio del secolo scorso viene portata nel coro (dove, secondo le supposizioni di alcuni, si trovava in origine), dietro l'ornamento ligneo dell'altar maggiore. Dopo il trasferimento di quest'ultima struttura in Santa Maria Nuova (1920), la Croce è stata sistemata in chiesa, e cambiata più volte di posto, fino all'attuale collocazione, avvenuta dopo il restauro dell'opera nel 1960.
La croce sagomata è provvista di tabellone, tondo di cimasa e testate laterali. Vi è dipinto Gesù crocifisso che si staglia su un cielo stellato. Ai lati due pannelli ornati da motivi a grottesche e palmette. Nel tondo di cimasa, sopra il cartiglio con l'I.N.R.I., è visibile la figura a mezzo busto del Padre Eterno benedicente. Nelle testate sono invece rispettivamente raffigurati, a mezzo busto, la Vergine Addolorata e San Giovanni Evangelista orante.
La grande croce venne con tutta probabilità integralmente ridipinta nei primi lustri del Cinquecento. L'autore è stato a torto identificato da alcuni studiosi locali con il nellesco Domenico di Cecco, che invece era già morto sullo scorcio del secolo precedente. Nel maestro della croce di Sant'Agostino rimangono alcuni residui del gotico estremo, soprattutto come ostacolo ad una piena e riuscita formalizzazione in senso nuovo, rinascimentale della sua pittura, e come indecisione nella resa volumetrica di membra e volti oppure nella restituzione prospettica di taluni particolari. In ogni caso l'artista parte da una base formale e culturale già fortemente familiarizzata con il diffondersi di una pittura rinascimentale sul tipo di quella umbro-marchigiana dell'ultimo ventennio del Quattrocento (con particolare riferimento all'arte di Orlando Merlini). Sulla base di questi elementi l'opera è stata dubitativamente attribuita al pittore eugubino Ventura Merlini, figlio di Orlando.