สถานที่สำคัญนอกกำแพงเมืองด้านเหนือ
แหล่งโบราณคดีเครื่องปั้นดินเผาสุโขทัย (เตาทุเรียง) อยู่ใกล้วัดพระพายหลวง บริเวณแนวคูเมืองเก่าที่เรียกว่า แม่โจน เป็นเตาเผาถ้วยชามสมัยสุโขทัย
มีอายุราวพุทธศตวรรษที่ 18

วัดพระพายหลวง เป็นโบราณสถานขนาดใหญ่ที่สำคัญรองจากวัดมหาธาตุ ผังวัดเป็นรูป สี่เหลี่ยมผืนผ้า มีคูน้ำล้อมรอบ 3 ชั้น โบราณสถานที่เก่าแก่ที่สุด
ของวัด คือ พระปรางค์ 3 องค์ เป็นปรางค์ประธานของวัด ก่อด้วยศิลาแลง ศิลปะเป็นเขมรแบบบายน สมัยพระเจ้าชัยวรมันที่ 7

วัดศรีชุม ตั้งอยู่ห่างจากวัดพระพายหลวงไปทางทิศตะวันตก 800 เมตร เป็นวัดที่ประดิษฐาน พระอจนะ เป็นพระพุทธรูปปูนปั้นปางมารวิชัยขนาดใหญ่ หน้าตัก
กว้าง 11.30 เมตร ลักษณะของวิหารสร้างเป็นรูปสี่เหลี่ยมลักษณะคล้ายมณฑป ภายในช่องกำแพงตามฝาผนังมีภาพเขียนเก่าแก่แต่เลอะเลือนเกือบหมด
ภาพเขียนนี้มีอายุเกือบ 700 ปี นอกจากนี้แล้วบนเพดานช่องบันไดยังมีแผ่นหินชนวนขนาดใหญ่แกะสลักลวดลายเรื่อง ชาดกต่าง ๆ มีจำนวนทั้งหมด 50 ภาพ
เมื่อเดินตามช่องทางบันไดขึ้นไปจะโผล่บนหลังคาวิหารมองเห็นทิวทัศน์อันงดงาม ของเมืองเก่าสุโขทัยได้โดยรอบ

โบราณสถานนอกกำแพงเมืองด้านตะวันตก
วัดช้างรอบ อยู่ห่างจากประตู้อ้อไปทางทิศตะวันตกประมาณ 2.4 กิโลเมตร มีโบราณสถานที่สำคัญประกอบด้วย เจดีย์ทรงกลมแบบลังกา ฐานสี่เหลี่ยม
จัตุรัสมีช้างโผล่ครึ่งตัว มีจำนวน 24 เชือก

วัดสะพานหิน วัดนี้ตั้งอยู่บนเนินเขาสูงประมาณ 200 เมตร บริเวณทางเดินขึ้นโบราณสถานมีทางเดินปูลาดด้วยหินชนวนจากตีนเขาขึ้นไปเป็น ระยะทาง
300 เมตร สิ่งสำคัญภายในวัด ได้แก่ พระประธานเป็นพระพุทธรูปยืนขนาดใหญ่ เป็นที่ประดิษฐานพระปางประทานอภัย สูง 12.50 เมตร

เขื่อนสรีดภงค์ หรือทำนบพระร่วง ตั้งอยู่บริเวณเมืองเก่า ทำนบนี้เป็นเขื่อนดิน (คันดิน) สำหรับกั้นน้ำอยู่ระหว่างซอกเขาคือ เขาพระบาทใหญ่ และเขากิ่ว
อ้ายมา ที่สร้างขึ้นเพื่อกักน้ำ และชักน้ำไปตามคลองส่งน้ำมาเข้ากำแพงเมืองเข้าสระตระพังเงิน ตระพังทอง เพื่อนำไปใช้ในเมือง และพระราชวังในสมัยโบราณ

โบราณสถานนอกกำแพงเมืองด้านใต้
วัดเชตุพน ศิลปกรรมที่น่าสนใจของวัดคือ มณฑปที่สร้างด้วยหินชนวน เป็นที่ประดิษฐานพระพุทธรูปสี่อิริยาบท คือนั่ง นอน ยืน เดิน ภายในมณฑปเป็น
ที่ประดิษฐานพระพุทธรูปโดยมีการใช้วัสดุทั้งอิฐ หินชนวน ศิลาแลง ในการก่อสร้าง สิ่งที่น่าชมภายในวัด คือ กำแพงแก้วที่ล้อมรอบมณฑปจตุรมุข
นี้สร้างจากหินชนวนที่มีขนาดใหญ่ และหนา โดยมีการสกัด และบากหินเพื่อทำเป็นกรอบ และซี่กรงเลียนแบบเครื่องไม้

โบราณสถานนอกกำแพงเมืองด้านตะวันออก
วัดช้างล้อม เป็นโบราณสถานที่สำคัญ มีเจดีย์ทรงกลมแบบลังกาเป็นประธานของวัด รอบฐานเจดีย์ประดับด้วย ปูนปั้นเป็นรูปช้างโผล่ครึ่งตัว ด้านหน้ามี
ฐานวิหารก่อด้วยอิฐ และยังมีฐานกำแพงแก้วก่อด้วยอิฐล้อมรอบ