Moretti, il primo bibliotecario, ebbe il merito di far rispettare le volontà di Alessandro Gambalunga, convincendo il Comune ad impegnarsi in un'interminabile controversia con la famiglia Bianchetti e i successivi eredi, e di proseguire fedelmente l'opera del fondatore, incrementando il patrimonio librario fino a raddoppiarlo e rilegandolo - come già il Gambalunga - in pelle rosso mattone, pergamena naturale e pergamena tinta in verde, con impressioni in oro alle armi. Come ha osservato Augusto Campana, «per la loro abbondanza e bellezza» tali legature «costituiscono forse la maggiore attrattiva della Gambalunghiana in quanto organismo bibliografico». A Moretti si deve anche l'allestimento delle severe «scansie di noce» delle sale seicentesche e l'acquisto dei due splendidi mappamondi - il terraqueo e il celeste - del Blaeu, datati Amsterdam 1622 e 1640.
Fu chiamato a succedergli il sacerdote Girolamo Avanzolini, cappellano di San Silvestro, mansionario della cattedrale e maestro di cappella, che sarà bibliotecario dal 1649 al 1678. Se tutto quel che resta della sua attività letteraria è un paio di brevi prefazioni, il pubblico tributo di stima del dottissimo Giacomo Villani, che lo giudicò «industria, experientia, elegantia, bonarum artium virtutibus laudabilem, ac praecipue ad hoc opus aptissimum», ne perpetua le molteplici benemerenze di bibliotecario, e innanzi tutto quella di aver ricercato dovunque e salvato dalla distruzione «ex omni genere praeclaros codices».
Avanzolini, fu un tenace e fortunato «cacciatore» di venerandi manoscritti, in anni in cui la più importante biblioteca monastica di Rimini - quella di San Francesco - veniva declassata a granaio e disperdeva i suoi preziosi codici (sospirava il Villani) per cavarne carta da salumai. Da questa l'Avanzolini recupererà l'autografo dei poemi Hesperis e Argonauticon dell'umanista Basinio di Parma, dono dell'autore a Roberto Valturio, e una copia membranacea della seconda metà del Duecento dell'Anticlaudianus di Alano di Lilla, anch'essa appartenuta al Valturio. Sette codici gli saranno donati dallo stesso Villani. Frutto di vantaggiosi doni e scambi saranno, tra gli altri manoscritti, un volgarizzamento dei Commentari della prima guerra punica di Leonardo Bruni, della seconda metà del XV secolo, e il nitido codicetto romano dei Carmina del riminese Matteo Bruni. Acquisizione prestigiosa sarà, infine, il Comentario de' gesti e fatti e detti dello invictissimo Signore Federigo Duca d'Urbino di Vespasiano da Bisticci, probabile esemplare di dedica a Guidobaldo, ornato da finissime miniature attribuite a Francesco d'Antonio del Chierico.
Bibliotecario dal 1678 al 1694 fu il sacerdote Giuseppe Malatesta Garuffi, membro di varie accademie e poligrafo infaticabile. Tra le innumerevoli opere edite e inedite (il cui catalogo - ebbe a osservare Carlo Tonini - «forma per se stesso una biblioteca»), andranno segnalate, da un lato, L'Italia accademica (1688), censimento storico delle accademie italiane e la Lucerna lapidaria (1691), raccolta delle iscrizioni della via Flaminia, e, dall'altro, L'antidoto de' malinconici (1687), surreale antologia di poesie morali, allegorie, proverbi, facezie, indovinelli suoi e altrui e La rettorica sui fiori (1704), manuale di erudizione spicciola servita in forma suadente e spesso bizzarra. Come bibliotecario, il Garuffi lasciò tenui tracce; come letterato ed erudito, camminò sul filo del rasoio tra genialità e stravaganza.