Se la decorazione delle pareti della Cappella del Collegio fu affidata ad un artista della statura dell'eclettico direttore dell'Accademia Atestina, quella della volta ebbe come protagonista Ferdinando Manzini, anch'egli insegnante all'Accademia oltre che maestro di architettura e ornato in Collegio. Campeggiano sul soffitto della cappella entro medaglioni in stucco dorato, opera di Gaetano Venturi, padre del più celebre Adolfo - autore anche delle decorazioni a stucco delle pareti integranti i riquadri del Malatesta - le quattro Virtù cardinali raffigurate su sfondi paesaggistici con intonazioni cromatiche chiare e luminose, tendenti al cangiantismo. Accanto alla Giustizia con la bilancia, alla Prudenza che si guarda alle spalle, alla Temperanza intenta a mantenere a freno gli appetiti naturali, spicca la figura della Fortezza solidamente ancorata ai suoi attributi tradizionali, ritratta in vesti guerriere, ma di indiscussa saggezza secondo l'iconografia classica di ascendenza romanista.
Anche i due angeli al di sopra dell'altare, che reggono l'uno il calice, l'altro l'ostensorio, paiono collocarsi in continuità con tali decorazioni.