En el retablo mayor del templo vallisoletano de Nuestra Señora de las Angustias (1600-1606), al igual que ocurre en la fachada de dicha Iglesia Penitencial, aparecen los dos temas principales: la Anunciación, misterio al que está dedicado el templo, y La Piedad o Quinta Angustia como primitiva titular de la Cofradía de las Angustias de Valladolid. En ambos espacios, la escultura corrió a cargo de Francisco del Rincón.

El retablo que nos ocupa sigue vigente un esquema impuesto en las décadas centrales del siglo XVI y que va a perdurar aún mucho tiempo. Se compone de predela o banco, cuerpo principal y remate.

En la predela vemos relieves de los cuatro evangelistas junto con sus símbolos apocalípticos -además de uno del Salvador en el Sagrario-, y también pinturas de San José y Santa Úrsula. La presencia de esta santa en el retablo quizás se deba a su condición de patrona de los pañeros, lo que seguramente tenga que ver con el origen de la fortuna del benefactor del templo, el mercader Martín Sánchez de Aranzamendi.

En el cuerpo principal, ocupa la calle central un monumental relieve con la escena de la Anunciación -titular del templo, coronada por la efigie en busto de Dios Padre que asiste a la escena con los brazos extendidos asumiendo así la paternidad del mensaje-, y a los lados, las imágenes de San Lorenzo Mártir -patrón de los pobres, presencia que se justifica en el carácter penitencial de la Cofradía de las Angustias- y San Agustín de Hipona -objeto de especial devoción en este momento de reacción frente a la Reforma protestante-, ambas de tamaño natural y bulto completo.

El ático se resuelve en forma de una portada apaisada, con representación en bulto redondo de la Piedad o Quinta Angustia, según el primitivo nombre de la Cofradía -Cofradía de Nuestra Señora de la Quinta Angustia y Angustias y Soledad de Nuestra Señora de los Desamparados-, un modelo de imagen que luego empleará Gregorio Fernández, protegido de Rincón, en sus representaciones de la Piedad para Burgos, Carrión de los Condes (Palencia) y el Convento de San Francisco de Valladolid, ésta última hoy en la Parroquia de San Martín y San Benito el Viejo, siendo titular de la Muy Ilustre Cofradía Penitencial de Nuestra Señora de la Piedad.

La traza del retablo se atribuye al arquitecto Juan de Nates, autor de la traza del templo. Su arquitectura es de Cristóbal Velázquez, y su policromía de Tomás de Prado. Enmarcan el retablo cuatro pinturas al fresco representando la Esperanza, la Fe, la Caridad (virtudes teologales) y la Prudencia (virtud cardinal).

En la Iglesia Penitencial de Nuestra Señora de las Angustias existe otro retablo dedicado a Nuestra Señora de la Encarnación -fiesta de gloria de la Cofradía de las Angustias, actualmente celebrada el segundo domingo de mayo-, con una imagen de bastidor y la presencia de San Gabriel en una pintura situada en el remate del retablo. Consta la existencia de una efigie, también de vestir, de dicho arcángel que acompañaba en altares efímeros -tal vez, también en procesión- a esta imagen de Nuestra Señora de la Encarnación.