La sala del cosiddetto gotico internazionale, ristrutturata negli anni cinquanta, è dominata dall'Adorazione dei Magi (1423) di Gentile da Fabriano, eseguita per il mercante fiorentino Palla Strozzi, e dalla monumentale Incoronazione della Vergine (1414) di Lorenzo Monaco, opera di grande eleganza dipinta per la chiesa di Santa Maria degli Angeli; dello stesso autore è anche un'Adorazione dei Magi (1422) dai colori forti e brillanti, da confrontare con la tavola di Gentile da Fabriano, nella quale si fondono elementi più profani e naturalistici, segno dell'epoca cortese. Attribuita al Beato Angelico è la Tebaide, una tavola di modeste dimensioni, sulla vita eremitica. La Madonna dell'Umiltà, attribuita a Masolino è un'opera di grande dolcezza e perizia tecnica.