Nel corso del XII secolo, a nord di Poggibonsi, la via Francigena fu interessata da un mutamento itinerario di grande rilevanza, che privilegiò un percorso svolgentesi sulla destra dell'Elsa, in modo da toccare due centri emergenti del fondo valle: Certaldo e Castelfiorentino.

Appena lasciato Poggiobonizzo-Borgo Marturi (la futura Poggibonsi), la strada, superato il torrente Staggia, ormai al termine del suo corso, con un ponte ricordato a partire dal 1364, imboccava la valle dell'Elsa mantenendo un percorso parallelo al fiume, oggi riproposto nelle sue linee generali dalla provinciale per Certaldo.
Lungo il tracciato, sulla destra, « al ponte ala Sambra » (ricordato dal 1329), la via s'incrociava con la volterrana proveniente da Barberino Val d'elsa. Qui, proprio all'incontro fra le due strade, ancora nel Cinquecento è documentata, anche iconograficamente, una Osteria romana (Archivio di Stato di Firenze, Popolo di San Piero a Poppiano).
Sulla volterrana, a non molta distanza dall'innesto con la Francigena, sorse nell'alto medioevo la pieve di Sant'Appiano. La chiesa, a tre navate, ha per gran parte conservato le primitive strutture protoromaniche lombardeggianti, integrate successivamente, ma ancora in età romanica. Notevole è però soprattutto, dinanzi alla facciata della pieve, la presenza di quattro pilastri cruciformi, residuo di una vetusta testimonianza architettonica del culto del Santo Sepolcro. Sino alla demolizione, avvenuta nel 1805 «per malinteso pericolo di rovina», davanti alla chiesa si ergeva un piccolo edificio ottagonale sormontato da una cupoletta conica sorretta da quattro pilastri a fascio. I capitelli, scolpiti con motivi che si richiamano al simbolismo orientale giudeo-cristiano (il Tau, figure cameliformi, fondi cosmici), e soprattutto l'icnografia della costruzione, a pianta centrale, che si riallacciava oltretutto al tema della sacralità dell'ottagono, cara all'esegesi patristica delle Scritture, dovevano fare dell'edificio una sorta di riproduzione del modello gerosolimitano.
Mantenendosi a quota leggermente superiore al piano dell'Elsa, il nuovo percorso della Francigena proseguiva verso Certaldo, lasciando sulla destra una breve diversione per l'antico abitato di Vico d'Elsa e, immediatamente dopo, al ponte di Megognano sul torrente Avane (1327), lo spedale di Sant'Antonio «in burgo Avanelle», ricordato dal 1323.
Già castello dei conti Alberti, tra XII e XIII secolo Certaldo conobbe un rapido sviluppo, grazie alla via Francigena che transitava ai piedi della collina sulla quale era sorto 1'ínsediamento: «prope castrum de Certaldo in strata publica francigena», recita un documento del 1282 (Archivio di Stato di Firenze, Diplomatico, Monastero l'Apollonia, 4 aprile 1282).
Nel Trecento è documentata l'esistenza di più alberghi e di due spedali all'interno del castello, che tut'oggi conserva pressoché inalterati gli originali caratteri urbanistici ed architettonici. Come le mura, realizzate nel rosso laterizio locale che conferisce all'insieme una particolare connotazione distintiva, anche le due chiese di Certaldo, entrambe a un'unica navata e d'impianto romanico: la canonica dedicata ai Santi Michele e Jacopo e la chiesa di San Tommaso. Quest'ultima, collocata a lato del Palazzo del Vicario, recava nella parte cuspidale della facciata un'ornamentazione a bacini ceramici: l'unico bacino rimasto in loco, per la presenza di caratteri epigrafici arabi, denunzia la sua provenienza maghrebina.
Dopo Certaldo la strada prosegue in direzione di Castelfiorentino, sempre seguendo il corso dell'Elsa e mantenendosi a quota un poco più elevata di quella del fiume. Tocca l'abitato di Petrazzi, la cui chiesa nel medioevo era sede di una comunità di canonici, valica il torrente Pesciola e giunge a Castellum forentín, come il re di Francia Filippo Augusto menziona nella sua memoria del 1191 questa mansione valdelsana della via Francigena.
L'antico Timignanum, divenuto poi Castelfiorentino, sorgeva all'incrocio di un'altra via volterrana con la Francigena, nel punto in cui le due strade superavano l'Elsa. Era quindi un importante carrefour della circolazione viaria toscana del medioevo: le fonti trecentesche parlano dell'esistenza di due spedali all'interno del castello oltre naturalmente a più alberghi.
Il nucleo più antico dell'abitato, Cile si distende sul versante meridionale di una collina che digrada verso l'Elsa, lia conservato nella sua zona più elevata una parte delle mura in laterizio che lo racchiudevano e due chiese: la píeve di Sant'Ippolito e la Collegiata di San Lorenzo. Entrambi gli edifici costituiscono degli esempi tra i più cospicui di quel folto gruppo di costruzioni romaniche in cotto a un'unica navata (che già abbiamo trovato a Certaldo), opera di maestranze di origine lombarda, e specificatamente emiliana, attive nella bassa Valdelsa nella seconda metà del XII secolo.
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