Frente a la capilla de Estrada, se encuentra la Capilla de Dueñas. Sobre esta capilla contamos con un documento fechado en 1555 en el que se acuerda la construcción de la misma, encargada por Pedro de Dueñas, vecino de Villalobar de Rioja, al cantero Juan de la Hedilla, vecino de Resines, jurisdicción de Medina de Pomar. Dicho documento constata las condiciones que Pedro de Dueñas acuerda con el cantero para construir dicha capilla en la iglesia. Debía tener la misma altura que la iglesia, dos escudos de armas de los Dueñas, un altar de piedra, una sepultura con lápida dentro de la capilla y otra lápida fuera, se debía edificar en piedra de sillería, acordando el precio de 152 ducados.
Hoy no podemos contemplar la sepultura, que no se sabe si se realizó en el suelo de la capilla o bien en la pared al estilo del sepulcro D. Francisco de Estrada y Bailón.
El retablo se dedica a la Virgen del Rosario, imagen realizada en 1730 y en la que intervinieron varios artistas, como Diego de Camporredondo, escultor de Lardero, Felipe de Plano o Juan Antonio Zamora, platero de Miranda, que cobraron 435 reales. A ambos lados de la Virgen se encuentran dos santos franciscanos, y en el ático del retablo, San Julián, imagen procedente de la desaparecida ermita que se dedicó a este santo y que se encontraba en el pago de San Julián. Este retablo se encarga en 1761 a Manuel de Solano, maestro que pocos años antes realizara el retablo mayor.
En esta misma capilla se halla la imagen de la Dolorosa de estilo barroco, del siglo XVIII y el Cristo Crucificado.