L’Église est éclairée par plusieurs vitraux installés après la Première Guerre Mondiale en remplacement de ceux détruits par des obus en 1916, notamment celui du cœur derrière le maître-autel au Nord, celui de la Chapelle de la Ste Vierge à l'Ouest et celui en haut de la nef à l'Est. Ces trois vitraux ont été offerts par trois des enfants de Pierre-Charles, comte d'Anthouard de Vraincourt (1855-1940), et de Louise-Marie de Monseignat (1861-1935), son épouse dont la famille est originaire de la ville de Rodez en Aveyron.
VITRAIL DU CŒUR DERRIÈRE L'AUTEL
Ce vitrail qui représente Jésus apparaissant à Ste Marguerite-Marie Alacoque et lui montrant son cœur (inspiratrice du culte au Sacré-Cœur de Jésus à partir du XVIIe siècle), a été offert par le vicomte Charles-Eugène d'Anthouard de Vraincourt (1886-1961) et son épouse Antonine de Francqueville (1891-1983), les grands-parents du propriétaire actuel du château. La famille d'Anthouard de Vraincourt, propriétaire du château et des terres de Vraincourt depuis 1767, est originaire de l'Autunois, porte depuis le 1er Empire les armoiries « Écartelé : au I, du quartier des comtes militaires de l'Empire ; au II, coupé : a) de gueules, b) d'azur à trois roses d’or rangées en fasce ; au III, d’or à la pyramide de sable, surmontée d’une étoile d’azur ; au IV, d’or à trois écrevisses de gueules posées en pal et rangées en fasce. » La famille de Francqueville est originaire du Pas-de-Calais, porte les armoiries « d'azur à l'étoile d'or surmontée d'un lambel du même à trois pendants » Ces armoiries sont représentées en bas du vitrail surmontée d'une couronne de vicomte, titre de Charles-Eugène jusqu'à la mort de son père en 1940.
VITRAIL DE LA CHAPELLE OUEST
Ce vitrail qui représente Saint Charles Borromée visitant les pestiférés, a été offert en 1934 par Marguerite-Denise d'Anthouard de Vraincourt (1893-1979) et son époux Louis-Valentin Chodron de Courcel (1879-1950), archiviste paléographe. Ce sont les armoiries des familles Chodron de Courcel « de gueules à trois chaudrons d'or, 2,1. » (avec un additif dans le 1er quart, à savoir dans les coins quatre petits rectangles et au centre un arc tendu avec une flèche) et d'Anthouard de Vraincourt qui figurent respectivement à gauche et à droite en bas du vitrail. La famille Chodron de Courcel est originaire de Toul et porte le titre de baron par lettres patentes de 1867. Le père de Louis-Valentin était maire d'Athis-Mons.
Saint Charles Borromée est un évêque italien du XVIe siècle, artisan de la contre-réforme catholique introduite par le Concile de Trente, notamment en matière de gestion des hôpitaux. Les habitants du pays, traumatisés par l'épidémie de choléra de 1848, étaient très attachés à ce saint. Le nouveau vitrail remplaçait à l'identique celui détruit en 1916.
VITRAIL DE LA NEF A L'EST
Ce vitrail représente l'apparition de la Ste Vierge Marie à Ste Bernadette de Lourdes, le 11 février 1858. Il a été offert par Marie-Louise d'Anthouard de Vraincourt (1888-1918) et son époux Marie-François de Poret, Marquis de Civille (1885-1918). Ils mourront tous deux de la grippe espagnole en 1918. Le grand-père de Marie-François, Léon de Poret de Blosseville fut autorisé à reprendre le nom de sa mère, Civille, alors éteint. La famille de Civille porte la devise « Aut civile, aut nihil » (Soit citoyen, soit rien). Les armoiries de Civille « d'argent en chef d'azur, chargé d'une fleur de lys, accompagnée de deux molettes d'éperon de même » figurent en bas du vitrail à gauche de celles portées par les d'Anthouard. La date du 8 décembre 1845, au-dessus des armes, est celle de la proclamation officielle du dogme de l'Immaculée Conception par l’Église Catholique (la Ste Vierge Marie serait née préservée du péché originel, privilège accordée par Dieu à celle qui allait donner naissance à Jésus, considéré par les chrétiens comme vrai Dieu et vrai homme). Ce vitrail, détruit en 1916, sera remplacé à l'identique entre les deux guerres.
VOUTE DE LA CHAPELLE OUEST
Les armoiries « d'argent à cinq annelets de gueules posés en sautoir 1,2,1 et accompagnés de quatre mouchetures d’hermine de sable 1,2,1 » de la famille de Rarécourt, dit de La Vallée de Pimodan, sont sculptées sur la clé de voûte de la Chapelle de la Ste Vierge, autrefois dédiée à Saint Nicolas et bâtie par cette famille. Le premier membre connu de cette famille qui a été seigneur de Vraincourt avant les d'Anthouard, est Claude de La Vallée (mort en 1538), Écuyer, Prévôt, Receveur et Gruyer de Clermont par provisions du Duc (Antoine le Bon) de Lorraine le 30 avril 1515, marié à Claudine de Génicourt. La famille La Vallée possédait, entre autres, les châteaux de Moncel et de Pimodan, près d'Aubréville, aujourd'hui détruits.