Tres crónicas redactadas a finales del siglo IX son la principal fuente de información histórica sobre el Reino de Asturias, no cuestionadas por los descubrimientos arqueológicos de las últimas décadas. Se trata de las llamadas Albeldense, Rotense y A Sebastián, que se supone derivan de una supuesta "Crónica primitiva de Alfonso III", no conservada, de la que se fueron separando según se hacían nuevas copias. Las tres coinciden en que Alfonso II asentó su trono en Oviedo. Destacan también la construcción de iglesias en Oviedo por Alfonso II y aluden, igualmente, al palacio (palatium) y a los palacios reales (regia o regalia palatia). La Albeldense habla de los "regios palacios" e indica que estaban, como las iglesias, decorados "con arcos y con columnas de mármol, y con oro y plata (...) y con diversas pinturas". En la Rotense se lee que "bastante lejos del palacio" levantó una iglesia en honor de San Julián y de Santa Basilisa -el actual templo de Santullano- y termina el párrafo dedicado a las construcciones: "también construyó y mandó equipar los regios palacios, los baños, almacenes y toda clase de servicios". La Sebastianense vuelve a poner en relación la iglesia de Santullano y el palacio, y distingue éste de los palacios reales: "edificó también al norte, distante del palacio casi un estadio, una iglesia en memoria de San Julián Mártir (...). Mas también los palacios reales, los baños, comedores y estancias y cuarteles, los construyó hermosos, y todos los servicios del reino los hizo de lo más bello".
De estos textos cronísticos se deduce claramente que en tiempos de Alfonso II había, al menos, dos palacios o conjuntos palaciales. Uno es el que se menciona en las versiones Rotense y A Sebastián, en relación con la iglesia de San Julián y Santa Basilisa y que se encontraba fuera de Oviedo, a "casi un estadio" de la citada basílica. Un estadio es una medida de longitud romana equivalente a la octava parte de una milla, unos 185 a 200 metros; luego ese palacio estaba como la iglesia fuera del recinto de Oviedo, distante casi un kilómetro de Santullano. Otros son los palacios reales que se mencionan a continuación de las edificaciones religiosas y que estaban en el mismo Oviedo y al lado de ellas.
Entre 1942-1945, el periodista José María Fernández Buelta y el escultor Víctor Hevia, antes de la reconstrucción del palacio arzobispal y de la Cámara Santa, destruidos ambos edificios durante la Revolución de Octubre, excavaron en parte del terreno que había acogido al primer Oviedo. El sondeo alcanzó al palacio episcopal, al denominado Jardín de Pachu o del Campaneru, situado entre el Tránsito de Santa Bárbara y el costado sur de la Catedral, y varias catas más en el acceso a la Cámara Santa, el claustro catedralicio y otros lugares. El resultado fue el descubrimiento de un complejo conjunto de cimientos antiguos, pertenecientes a diversas edificaciones. Una de ellas se identificó como una torre cuadrada, situada al oeste de la conocida como torre de San Miguel, que está adosada al extremo occidental de la Cámara Santa. Entre ambas torres, los excavadores sacaron a la luz lo que consideraron una galería porticada de seis arcos apoyados sobre cinco pilares, con unos diez metros de longitud. De las dos torres y la galería, Víctor Hevia realizó un alzado que fue interpretado como el palacio de Fruela I o de Alfonso II, al que adosaba la Cámara Santa. Este dibujo tuvo mucho éxito y fue muy reproducido, haciendo olvidar que su reconstrucción gráfica correspondía tan sólo a una pequeña parte de los restos descubiertos, que se extendían al oeste de este palacio -o lo que sea-, al sur del mismo, hacia donde hoy se alza el palacio episcopal, y al norte, hasta perderse bajo los muros de la catedral gótica.
En su tesis doctoral, publicada en 1995, César García de Castro interpretó esos vestigios como el primitivo palacio episcopal y a la Cámara Santa como la capilla del obispo. La misma explicación mantuvo tras excavar, en los años 1998-1999, en el Jardín de Pachu, la antigua carbonera de la catedral, la Torre Vieja y el patio interior del claustro. Una síntesis la expuso en el capítulo "Las primeras fundaciones", del libro "La Catedral de Oviedo. 1. Historia y restauración". En él afirma: "Dada la casi total ausencia de estratificación sedimentaria en el solar, al haber sido vaciada en las excavaciones y remociones precedentes, en la campaña de 1998-1999 no se pudo inferir nada sobre el destino de estos edificios [se refiere a las dependencias cuyos cimientos quedaron al descubierto tanto en las excavaciones de Fernández Buelta y Hevia, las realizadas por el canónigo E. Olávarri en 1970, y las suyas propias] previamente a su utilización como cementerio".
El rechazo por parte de García de Castro a que los restos constructivos del costado sur de la Catedral sean los palacios reales de Alfonso II es poco convincente y, en cualquier caso, carece de cualquier apoyo documental su interpretación como palacio episcopal. Dice que no se mencionan los palacios en la donación de Alfonso II a San Salvador de 812, cuando se donó a la Iglesia ovetense todo lo contenido dentro del muro que protegía el atrio de la catedral. Evidentemente, no es sino hasta bastante tiempo después cuando lo que fuera palacio real se donó a San Salvador. No se sabe, además, por dónde discurría el muro que delimitaba el atrio, cuya amplitud en aquellos tiempos podía oscilar entre los doce y los ochenta y cuatro pasos.
Considera también que la Cámara Santa fue construida después de 884 para acoger los cuerpos de los mártires Eulogio y Leocricia, traídos ese año desde Córdoba a Oviedo por el presbítero Dulcidio. Según su tesis, éstos fueron depositados en el piso bajo, o cripta, que sirvió también como panteón de los primeros obispos de la diócesis, mientras el piso superior fue destinado a capilla episcopal. Parece ignorar que desde el siglo VII hasta el XII estaban prohibidos los enterramientos dentro de las iglesias, según fijó ya el primer Concilio de Braga del año 561 (canon XVIII). Para él, el conjunto de dependencias localizado al oeste de la torre de San Miguel sería parte del palacio episcopal, lo que explicaría que el ingreso a la Cámara Santa se hiciera desde la citada torre y a ésta desde su lado norte. Las citas documentales a palacios junto a la iglesia de San Tirso se refieren, en su opinión, al palacio episcopal y no a los palacios reales, que estaban fuera de Oviedo. Sin embargo, las crónicas distinguen con bastante claridad entre el palacio próximo a Santullano y los que se hallaban en el entorno de la iglesia del Salvador.
La Torre Vieja, románica, de la Catedral está construida sobre una torre anterior de planta cuadrada, de gruesos muros en su parte inferior que disminuyen en grosor con la altura, y se encuentra a menos de un metro del edificio que Buelta y Hevia identificaron como palacio de Alfonso II. Esta primitiva torre es identificada por García de Castro y otros como parte de la fortaleza protectora del "aula del tesoro" que Alfonso III mandó construir, como consta en una inscripción que está incrustada en el muro norte del transepto de la Catedral, a la izquierda de la entrada a la capilla del Rey Casto. En ese epígrafe se dona a la iglesia de San Salvador una fortaleza que se dice se levantó para la protección del "aula del tesoro" de las incursiones piráticas. No está fechada y como referencia cronológica se dice que fue construida cuando Alfonso III y su mujer Jimena tenían ya dos hijos. García de Castro la data entre 885-890, pero el matrimonio entre Alfonso y Jimena se celebró en el año 869 y tuvo al menos cinco hijos varones (se ignora si además tuvieron hijas). Considerada la natalidad de la época, es poco sostenible que después de más de dieciséis años de casados sólo hubieran tenido dos hijos de ser la fecha del epígrafe la propuesta por García de Castro. La inscripción y la fortaleza hay que datarla en torno a 875, unos cuantos años antes de la traída de las reliquias de los mártires cordobeses, lo que deja sin sentido toda su argumentación.
El "aula del tesoro" a que se refiere la inscripción era el edificio que hoy conocemos como Cámara Santa, según han señalado algunos estudiosos. El término "tesoro" designaba tanto el conjunto de objetos litúrgicos de culto y las reliquias como al espacio en que se guardaban, y "aula" alude a templo o capilla. Este mismo vocablo ya fue empleado en la inscripción fundacional de la capilla de la Santa Cruz en Cangas de Onís, erigida por el rey Favila el año 737. El "aula del tesoro", sin duda, se construyó en el reinado de Alfonso II. Que no se mencione en las crónicas se debe a que era, en comparación con el resto de construcciones eclesiásticas sí citadas, San Salvador, Santa María y San Tirso, un modesto edificio de dos plantas, la inferior abovedada y de poca altura, y la superior originariamente cubierta con madera; y pequeñas dimensiones, unos doce metros de largo por seis de ancho. Si hoy nos impresiona es debido a la reforma que se hizo en el siglo XII, elevando el techo del piso superior con una bóveda de cañón, sujeta por unas excepcionales esculturas de los doce apóstoles y con capiteles bellamente decorados. Un edificio muy similar a la cripta de la Cámara Santa estuvo siendo usado como carbonera hasta tiempos recientes, sin mayor aprecio, y se encuentra bastante próximo a ésta, y tampoco es mencionado en las crónicas.
