AUNQUE A PRIMERA VISTA la iglesia de San Pelayo ofrece una imagen acorde con la del resto de edificaciones románicas de la zona, un análisis más detallado de su fábrica permite apreciar algunas particularidades arquitectónicas que hacen de ella un ejemplo singular dentro del románico burebano. De este modo, a la estructura habitual de nave única y cabecera semicircular se añade en este caso una esbelta torre que coincide con el tramo más oriental de la nave provocando una curiosa e irregular articulación de los muros y de los espacios que más adelante tendremos ocasión de analizar. El ábside sigue un esquema muy parecido al de otras iglesias de la comarca. Levantado sobre un señalado zócalo, se articula en tres paños por medio de dos haces de triple columna, como en otras iglesias burgalesas (Boada de Villadiego, Revillalcón, Los Barrios, Nava de Bureba y Soto de Bureba) y aragoneses (San Miguel de Daroca y Santiago de Agüero). Los capiteles son de rudimentaria factura y se decoran con hojas de marcados nervios entre las que se intercala a veces una figura humana de rasgos muy sumarios. Uno de estos capiteles muestra una enigmática escena protagonizada por un personaje y dos seres fantásticos o leones que con sus patas delanteras le tapan la boca. En el paño central se abre una ventana formada por una aspillera cegada, un arco apuntado, una chambrana de puntas de diamante y dos columnillas con capiteles de tipo vegetal, similares a los anteriormente descritos. Los muros se rematan con una cornisa biselada soportada por una colección de toscos canecillos decorados con rollos, cabezas antropomorfas y zoomorfas, figuras sedentes en actitud obscena y un barril. Abrazando a todo el tambor absidal corre una imposta de doble nacela que se extiende también por el presbiterio y el muro sur de la nave, enlazando directamente con los cimacios de la portada que se abre en ese lado. Ésta se compone de un arco liso de medio punto y seis arquivoltas adornadas con boceles, mediascañas, puntas de diamante, botones florales y pequeñas bandas de zigzag. Apoyan sobre tres pares de columnas colocadas entre jambas que decoran su arista con una moldura de bocel. Los capiteles, de tosca ejecución y talla poco depurada, exhiben motivos vegetales muy esquemáticos y geometrizados, salvo uno que muestra a dos cuadrúpedos que comparten una misma cabeza. A la derecha de la portada, coincidiendo con una de las capillas abiertas en el primer tramo de la nave (hoy baptisterio), se abre una ventana formada por una aspillera casi cegada, un arco de medio punto y una chambrana de puntas de diamante. Presenta también un tímpano liso en el que se grabaron tres semicírculos incisos, similares en su disposición a los que aparecen en otros edificios burgaleses (Abajas, Ahedo del Butrón, Castil de Lences, Escóbados de Abajo y Hermosilla) y sorianos (Santo Domingo y San Nicolás, en la capital). Sobre el primer tramo de la nave se eleva una torre de tres cuerpos que constituye la verdadera seña de identidad del edificio. Pérez Carmona apuntó la posibilidad de que fuera anterior al resto del templo, cuestión que ha sido mantenida luego por otros autores, más como argumento de autoridad que otra cosa. El primer cuerpo está perforado en sus cuatro lados por medio de arcos de medio punto que alojan a su vez otros ajimezados, soportados por rechonchas columnas cuyos capiteles se decoran con motivos figurados y geométricos, de talla muy plana: un cuadrúpedo, un personaje con los brazos en alto, triángulos contrapuestos por el vértice y semicírculos incisos. Su estilo parece diferente al de los otros capiteles del edificio, si bien los semicírculos concéntricos presentan idéntica factura que los del tímpano de la ventana meridional por lo que debemos pensar en una misma secuencia cronológica para ambas partes. Los dos cuerpos superiores podrían obedecer a un segundo plan pues la torre así concebida no guarda proporción con la altura inicial de la iglesia, observándose además una tonalidad diferente de la piedra, aunque este particular puede ser indicio simplemente de un cambio en la procedencia del material. Separado por una imposta biselada se levanta el segundo cuerpo, con simples arcos de medio punto y una bóveda esquifada que descansa sobre dos nervios cruzados apoyados en cuatro ménsulas. Encima, visible sólo desde el exterior, se levanta un tercer nivel de menor altura, separado por una imposta en talud y perforado por cuatro saeteras. En el interior, la cabecera se cubre con bóveda de horno en el ábside y de cañón apuntado en el presbiterio, arrancando en ambos casos de una imposta biselada que se extiende también por la nave. El arco triunfal, apuntado y de triple rosca, descansa sobre una pareja de columnas rematadas en capiteles ornados con un personaje flanqueado por dos fieros leones, una escena que se repite con ligeros matices en uno de los capiteles del exterior y en la que algunos han querido ver una representación de Daniel en el foso de los leones. La nave, por su parte, se compartimenta en tres tramos cubiertos con bóveda de cañón separados por dos arcos fajones que apean sobre columnas provistas de basas con lengüetas y pequeños dientes de sierra. Los capiteles se decoran con hojas planas rematadas en volutas y otras de nervios marcados entre las que se intercalan figuras humanas. El primer tramo es el que mayor interés suscita debido a su anómala estructura, provocada por la disposición sobre él de la torre. Presenta cuatro pilastrones que soportan dos potentes arcos apuntados -más estrechos y de menor altura que los fajones-, creando un angosto espacio que rompe la visual de la nave. Dos impostas recorren estos soportes, una de tacos y otra con perfil de doble nacela, idéntica a la que aparece en el exterior del edificio. A ambos lados de este tramo hay dos pequeñas capillas de descarga que en origen se abrían a la nave a través de un gran arco cuyas jambas descansaban sobre ménsulas, una de ellas decorada con un león recostado. Hacia finales del siglo XIII o principios del XIV se cegaron estos arcos y se reformaron las estancias. La del lado del evangelio alberga en su interior la antigua escalera de caracol -ya inutilizada- y un habitáculo de menor altura cubierto con bóveda de crucería. La capilla de la epístola se compartimentó en dos alturas, en la de abajo, también con bóveda de crucería, se instaló la pila bautismal, mientras que la superior quedó convertida en una cámara accesible sólo por un arco apuntado al que se subía por una escalera de mano. La fábrica medieval se completó con la construcción de un pórtico gótico en el lado sur formado por tres tramos cubiertos con bóvedas de crucería y una sacristía en el lado norte que comunicaba a través de un arco, hoy cegado, con una dependencia derruida de la que aún se conserva parte de sus muros y dos aspilleras. Estos añadidos obligaron al recrecimiento del muro y tejado de la cabecera que llegó hasta la base de las columnas del primer cuerpo de la torre. En nuestra opinión la iglesia de Valdazo obedece a un sencillo plan de nave única y cabecera semicircular al que se intentó dotar de una torre elevada sobre el primer tramo de la nave, al modo de otros templos de la provincia, como San Pedro de Tejada, El Almiñé, Valdenoceda y Monasterio de Rodilla. Sin embargo, el resultado final fue poco afortunado, pues no supieron resolver con acierto los problemas estructurales que tal solución planteaba. En cualquier caso, las características constructivas y decorativas del edificio apuntan hacia una cronología cercana a los inicios del siglo XIII.