不管是通过索代里尼的干预、朋友和其他画家的建议，还是通过乌尔比诺的德拉·罗维雷和教皇（他曾在教皇国游历时偶然看到拉斐尔的作品）的关系，1509年1月，拉斐尔已在梵蒂冈舒服地躺着，实实在在地得到了在画室工作的100达克特。这些在教皇寓所中半独立半公开的房间，包括卧室、餐厅和私人礼拜堂在内的内室，是毗连的。拉斐尔开始工作的这个房间在今天以“署名室”著称，因为在瓦萨里撰写拉斐尔传记时，这座屋子已成为元老院最高法庭的会议室。但旁边有其他教皇用来招待参观者和召开会议的房间，这座房间俨然成了一座图书馆。尽管教皇也在这个屋子做公务和招待参观者，但似乎它的使命就是给游客留下印象而已。
1508年至1509年，尤利乌斯二世将客房的装饰工作委托给同时正在装饰其他三个主要房间的画家。瓦萨里认为尤利乌斯想让佩鲁吉诺来做这些工作，但年长的佩鲁吉诺拒绝接受如此多的工作，所以其他画家就来帮忙了。佩鲁吉诺开始在西边的屋子[后来称为“火灾之屋”（Stanza del Incendio）]中工作。拉斐尔和索多玛一同在署名室的拱顶工作，还有一些画家（洛托、布拉曼特和西纽雷利等）在署名室对面的艾略多罗地下室。拉斐尔显然活跃在这个充满竞争但快活的气氛中。尽管他在早期（大概在1509年）接手完成“署名室”工作的委托，但瓦萨里认为尤利乌斯看到《雅典学园》之后，就把其他画家的作品毁坏了，还把所有套间的装饰工作交给了拉斐尔，但这一说法不可信。拉斐尔于1511年10月得到教皇的一个肥缺，这以后他几乎承担了尤利乌斯所有的工程。因此就像在佩鲁贾和佛罗伦萨一样，拉斐尔花很长时间充分展现实力之后，终于成为卓越的画家。
署名室本来是一个图书馆，即教皇私人所用的尤利亚书房。这可以在房间装饰的主题中体现出来：房间被分割成四个隔间，用来学习或供“全体教职员”使用。所有主题的关键内容包含在拱顶的四个圆形浮雕中，其中都有一个美丽的女性，代表了四种才能：神学、诗歌、哲学和法理学。下面的四面墙上画着以古代和当代历史中一些重要的人物来诠释的抽象规则，其中，人物在辩论并制定各自分配的学术主题，他们携带着很多书和手稿。西边墙上的“神学”女神下就是《圣礼的辩论》，画的是神学家讨论“圣餐”（Holy Sacrament）的场景。北墙诗歌女神的下面，诗人们集中在帕尔纳索斯山（Parnassus）下的阿波罗和缪斯的周围。东边哲学女神的下面，希腊的哲学家和圣人在学徒的包围下讨论他们的理论（《雅典学园》）。南边法理学女神（以正义女神的面目出现）的下面，是其他三个对这个规则很重要的品质：坚韧、智慧和节制。再往下就是两幅讲述关于建立法典的史诗：《特里波尼安将法典交于优士丁尼》（Tribonian presentingthe pandects to the Emperor Justinian ）和《格列高利九世批准教令》（Gregory Ⅸapproving the Decretals ）。尽管主题的分配和主角的选择都由教皇宫廷中的人负责，但很显然，拉斐尔使他们的视觉表现有了更多的个人风格。
《圣礼的辩论》和《雅典学园》，是拉斐尔艺术进程的重要分水岭。在没有尝试做过如此规模的作品、没有多少经验的情况下，他成功地将以前从未涉猎的抽象概念描绘得栩栩如生。这显示他倾尽在佛罗伦萨的所学，展现了整个画作和单个人物或群体的独创性和过人天分。在这幅光彩夺目的壁画中，升起来的基督呈现着他的伤口，被上空的天父赐福。圣灵的鸽子在下方翱翔，以俗世的形态用奇迹般的灵性连接着基督闪闪发光的白色身体—— 展示了神学奇迹的主题和论述。作品的中轴线有很多下降的球体，来自天堂和地面的随行者，被平行安排在醒目的位置以便与整个画面相协调。圣人和先知围着三位一体真神坐在半圆中的画面，使人想起弗拉·巴托洛米奥在圣玛利亚教堂的《末日审判》和拉斐尔在圣塞维罗的壁画，但这里的人物都因各自不同的动作、特点和服装显得很活跃，如典型的半裸亚当听圣彼得说话时的极随意的姿势。画中像讲台一样的地板，借鉴了佩鲁吉诺的方法（范例见他西斯廷礼拜堂的《基督给予彼得钥匙》），但拉斐尔的处理方式在空间上更加复杂大胆。生动的人物在前景越过精美的围栏，向真实屋子的方向倾斜着身体；围栏被设计成精美的装饰用来掩盖门框对图画空间的冲击。画中重要的人物和身上华丽的衣服，多归功于达·芬奇和弗拉·巴托洛米奥。达·芬奇使画中人物更加多变、更有活力，而弗拉·巴托洛米奥则绘制远处被脚手架和干草堆衬托的背景和建筑。两位画家很明显影响了拉斐尔在这幅壁画上部绘画人物时使用的明暗对照法。
拉斐尔将所有的影响结合起来，诠释了一个全新的风格，新风格尤其符合尤利乌斯宣传的意图。《圣礼的辩论》左方穿着黄色和蓝色衣服，以优雅的姿势面向主讲人的美丽而理想化的年轻人，与另一个越过他后面智者的肩膀盯着前方的幽默人物，都是拉斐尔人文主义和广泛的绘画范围中的生动范例。
在客房对面的墙上是另一幅更加激动人心的大胆自信的作品—— 就是我们所称的《雅典学园》。这幅作品在表达神学辩论主题方面，与《圣礼的辩论》旗鼓相当，描绘了柏拉图和亚里士多德被其他用哲学方式来询问真理的古代智者包围的场景。这幅壁画中的建筑新颖而富丽堂皇。对方格拱形天花板的透视，在消失的壁龛中隐约可见的巨大的白色大理石雕像，中心人物身后向后倾斜的有花纹的地板，都是按照马萨乔最先用的佛罗伦萨传统的单点透视法来画的。但其中英雄般的经典造型，无疑是从布拉曼特和遗留的古罗马建筑（如帕特农神庙）中得到的灵感。画中人物成群讨论或单独思考不同哲学主张的场景，就像画中的建筑一样给人留下深刻印象。达·芬奇对自然的观察和佩鲁吉诺的优雅风格，对这幅画中人物动作和表情的修饰极有影响力，就传达可信的史实而言，这幅作品成为学术界的标准，在几个世纪都无人能出其右。《雅典学园》也展示了拉斐尔空前的抱负，在画中表露了“要掌控绘画领域，消灭所有对手，同所有手持画笔的人一拼高下”的决心。这使得尤利乌斯将装饰的工程全权交给了拉斐尔。
瓦萨里相信《雅典学园》是署名室的第一幅作品，也是拉斐尔在罗马的成名作。但自从乔瓦尼?皮耶罗?贝洛里（Giovanni Pietro Bellori）在1695年推翻瓦萨里的事件排序，大部分的现代研究都认为《圣礼的辩论》是在《雅典学园》之前绘制的。《圣礼的辩论》和拉斐尔为它所做的众多设计的风格上的连续性，还有拉斐尔当时在翁布里亚和佛罗伦萨的作品，使鉴定年代先后的工作变得很困难。
但一个不争的事实是，这两幅作品几乎是先后完成的。《圣礼的辩论》中超凡的人物质量，使人想起佩鲁吉诺风格。此外，这幅壁画中人物脸部皮肤的色调都是暗淡、发绿的（就像天花板上圆形浮雕中的人物一样）。然而，在《雅典学园》中，这些地方都很复杂地混杂着很重的笔墨，更像这间房间中最后一堵墙上的作品（法理学墙，尤其是画中上部的三圣母）。
在两面矮墙上，拉斐尔不得不接受更大的挑战—— 大型的窗户绘画作品。拉斐尔用窗沿来支撑帕尔纳索斯山的山顶（这面俯瞰梵蒂冈山的窗户在古代雕刻着阿波罗，后被教皇尤利乌斯用来放置其精美的古代雕塑收藏），画了向前倾斜将身子越过虚构的窗框草图的人物，又一次给了画作更强的深度，将画中的和真实的世界联系在一起。尽管画中没有建筑，这与作品对以阿波罗为中心的人群和九个优雅的缪斯位置的安排是可圈可点的。拉斐尔还将同时期人的肖像，如阿理奥斯托的手指压在嘴唇上的肖像，古代诗人及中世纪伟大的三杰—— 但丁、彼特拉克和薄伽丘—— 的传统雕像融为一体。缪斯神性感的身材和波状柔软的服装，同对面墙窗户上方半圆壁中的三个宏伟的道德男性形象形成对比。下方的描述历史画面的半圆壁和壁画，成为原计划最后的改变，它本应该包括蓄着胡须的教皇，跪在圣约翰在帕特莫斯看见并记录的“七宗罪的开始”（Opening of the SeventhSeal）大灾难的景象前的画面。这个改变可能是教皇于1511年7月从罗马涅的运动归来后作出的，那时教皇蓄起了象征着禁欲的胡子（早期在《格列高利九世批准教令》中的教皇也蓄着这样的胡子）。对宏伟的道德神的描述篇幅，是署名室中最多的（远远多于对天花板上图书院的拟人化女性形象的描绘）。生着翅膀的丘比特，在护墙跳跃帮助道德神的画面，是拉斐尔画作的一个特征—— 相似的画中人物欢悦的触碰，也给最严肃的罗马祭坛画增添了一些轻松气氛。
拉斐尔给署名室壁画带来的革命性的改变令人震惊。最富有、最有权势的赞助人委托的工程中极大的挑战和资源、教皇宫廷博学的环境，在一起工作的众多天才画家之间激烈的竞争，都使拉斐尔有了超越所有人的强烈欲望。拉斐尔在早期作品中就时不时显示出对古罗马艺术的兴趣，定居罗马之后，他逐渐全身心地投入到对古代作品的研究工作中。他对经典雕塑的热情，在《帕尔纳索斯山》中对失明的荷马（Homer）的动人描画中显现了出来，是从1506年在罗马发现、后来放置在尤利乌斯雕塑花园的拉奥孔（Laocoon）雕像群和大量画作中得到的灵感。他成熟的古典风格在其事业后期，利奥十世担任教皇期间，尤其明显，那时他给教皇写了一封关于古罗马的城邦的信，为这座古城绘制了一幅地图。
