Al piano superiore si trova la Sala della Facoltà di Medicina, ove tutt’ora vengono conferite le lauree degli studenti di medicina e di altre facoltà. È una tra le più antiche sale del palazzo, in cui si tenevano le lezioni teoriche di anatomia. 
Il soffitto a cassettoni lignei e il fregio tipicamente medioevale alle pareti, permettono di far risalire la sala ad una delle tre case nobiliari della famiglia Da Carrara, costituenti il nucleo trecentesco della locanda del Bo. 
Nel 1942 la sala viene rinnovata con un affresco del pittore futurista Achille Funi (1890-1972) che ricopre l'intera parete meridionale con raffigurazioni degli studi di anatomie umane e arredata da Gio Ponti (1891-1979). Sempre all'interno della sala troviamo una teca che custodisce i crani di sette professori che lasciarono il loro corpo a disposizione della ricerca scientifica. La sala è, inoltre, arredata da due imponenti tavoli lignei a ferro di cavallo. Da una porticina sita all'interno della sala, sovrastata dalla scritta “Mors Ubi Gaudet Succurrere Vitae” e da alcuni dipinti, tra cui quello di Girolamo Fabrici d'Acquapendente, si accede al Teatro Anatomico.