La tercera estancia papal pintada por Rafael es la llamada "Estancia del incendio del Borgo" por la historia de la quema de este lugar, milagrosamente detenida por León IV. En este caso el encargo le vino de León X, sucesor de Julio II. El trabajo fue realizado por Rafael entre 1514 y 1517, confiando el pintor gran parte de su ejecución a sus discípulos. Las pinturas de la bóveda son obras anteriores de Perugino, encargadas en 1508 por Julio II, que al no quedar satisfecho con su trabajo, nada más encargó al maestro de Rafael.

Los cuatro frescos de la estancia ilustran las aspiraciones políticas de León X a través de las historias recogidas en el llamado "Liber Pontificalis" sobre los dos papas que ostentaron anteriormente el mismo nombre: León III ("Coronación de Carlomagno" y "Justificación de León III") y León IV ("Incendio del Borgo" y "Batalla de Ostia"). Sin embargo, en todos los episodios la figura del papa tomó el aspecto del comitente León X, que durante su pontificado (1513-1521) utilizó la estancia como comedor. En el pontificado de su antecesor Julio II (1503-1523) la estancia acogió las reuniones del más alto tribunal de la Santa Sede.

En el fresco que da nombre a la estancia, El incendio del Borgo, los tensos músculos a lo Miguel Ángel en los desnudos atletas que huyen del pórtico incendiado y el dinamismo en el torso de las mujeres acarreando ánforas y jofainas, se desligan plenamente del Rafael clasicista y se contagian del manierismo de Giulio Romano, colaborador principal del pintor de Urbino al que se advierte en más de un detalle.

No obstante, los expertos consideran que este fue el único fresco de la estancia donde la mano del maestro fue realmente sustancial; no así los otros tres, que requirieron una cada vez mayor intervención de los discípulos debido a los nuevos compromisos asumidos por Rafael con el pontífice, sobre todo en la Basílica del Vaticano y en los tapices para la Capilla Sixtina. Entre dichos discípulos destacaron el citado Giulio Romano, Giovan Francesco Penni y Giovanni da Udine.

Según Cavalcaselle, en El incendio del Borgo corresponden a Romano toda la zona izquierda de la escena y parte de la derecha, ambas relativas a los romanos; a Penni o a Udine la parte central con mujeres y niños, y a Rafael la cabeza de la niña que se adelanta sujetando las ánforas, algunas figuras de la zona del fondo correspondiente al hastial de la vieja basílica constantiniana de San Pedro y la Logia de las Bendiciones, entre ellas la del papa, que adopta como sabemos los rasgos de León X, y algunos detalles dispersos.

Según el "Liber Pontificalis", El incendio del Borgo estalló en el año 847 en el barrio que estaba frente a la basílica de San Pedro. León IV (pontífice desde 847 hasta 855), al impartir la bendición solemne desde la Logia de las Bendiciones, apagó milagrosamente el fuego, salvando de esta manera a la iglesia y al pueblo.

En "La batalla de Ostia" (imagen inferior), las figuras de la derecha se atribuyen a Romano, y las arquitecturas y los barcos a Udine, mientras que Rafael quizás intervino en los retratos del papa y los cardenales que aparecen en el lado izquierdo. El diseño de la escena, sin embargo, se asigna exclusivamente a Rafael. Uno de los bocetos, hoy en el Museo Albertina de Viena, fue regalado por Rafael a Durero a cambio de una acuarela del famoso artista alemán. El fresco, restaurado en el siglo XVII por Carlo Maratta, representa la batalla que tuvo lugar en Ostia en el año 849, cuando las galeras de las repúblicas marítimas de Amalfi, Gaeta, Nápoles y Sorrento, acudieron al rescate del papa León IV, acosado por las flotas enviadas por los sarracenos. Este suceso hace referencia, asimismo, a la cruzada alentada por León X contra los infieles.

En "La coronación de Carlomagno" nos encontramos nuevamente con un diseño de Rafael, como atestiguan los numerosos bocetos conservados, sin embargo la inferior calidad de la pintura sugiere una amplia intervención de los discípulos, especialmente Penni, Raffaellino del Colle y quizás Romano. Cavalcaselle y Gamba plantearon la hipótesis de una intervención directa de Rafael en algunos de los retratos del grupo de obispos que figura a la derecha. Con este evento, celebrado en San Pedro la noche de Navidad del año 800, se fundó el Sacro Imperio Romano. Es muy probable que aluda también al concordato entre la Santa Sede y el reino de Francia en 1515, ya que León III toma los rasgos de León X y Carlomagno los de Francisco I.

La escena de "La justificación de León III", también llamada "El juramento de León III", es la más discreta de las cuatro, refiriéndose principalmente a discípulos como Penni, Udine o Colle. La composición, muy inspirada en la de "La misa de Bolsena", describe un episodio ocurrido el día antes de la coronación de Carlomagno, cuando el papa respondió a las calumnias de los sobrinos de su predecesor Adriano I. Con esta escena se ratificaba de paso el principio de que el vicario de Cristo solo es responsable de sus actos frente a Dios, establecido en 1516 durante el Concilio Letrán V por Bonifacio VIII.

Por último, en las monocromías del zócalo inferior de la estancia se describen seis figuras sentadas de reyes y emperadores que fueron protectores de la Iglesia, como Carlomagno, Lotario I o Fernando el Católico, las cuales se alternan con figuras de cariátides. La ejecución de todo ello se atribuye a Giulio Romano.