El museo acoge temporalmente una selección de diez obras procedentes del Museo Nacional de Escultura de Valladolid. Las piezas se integran con las obras de la colección permanente, por coincidencias temáticas o temporales, siguiendo un itinerario que recorre las salas de la segunda planta.

Así, una talla de San Marcos (1501-1525), atribuida a Felipe Bigarny, dialoga con la pintura dedicada al mismo santo del alemán Gabriel Mälesskircher; frente a un tondo del maestro manierista Beccafumi, se expone la Sagrada Familia con san Juanito (hacia 1535), altorrelieve atribuido a Gabriel Joly, cuyas líneas curvas delatan que también fue concebido como un tondo; un busto anónimo del Emperador Carlos V de joven (hacia 1520) lo hace junto al retrato del mismo que pintó Lucas Cranach el Viejo, o la imagen de San Antonio de Padua (hacia 1560-1575), de Juan de Juni, acompaña temporalmente a La Virgen y el Niño con santa Rosa de Viterbo, de Murillo, perteneciente a la colección del museo.