Truyền thuyết dân gian trong vùng và bản thần tích Phù Đổng Thiên Vương hiện lưu trong đền còn kể rằng, vào ngày đầu tháng tư âm lịch, trên đường đi dánh giặc Ẩn về, Thánh Gióng đã dừng Chân, buộc ngựa vào cây đa đầu làng. ngồi nghỉ trên một phiến đá, sau đó nhảy xuống hồ tắm mát, rồi quay lên tắm lại bằng nước giếng của làng ở chân gò Con Phượng. Dân làng bảo nhau mang cơm, cà ra dâng Thánh ăn trưa. Lúc vội vàng phi ngựa lên đỉnh Sóc Sơn để bay về trời, Đức Thánh bỏ quên thanh roi sắt bên phiến đá. Để ghi nhớ công ơn Thánh Gióng, dân làng cùng nhau lập miếu thờ.

 Trong một lần Vi hành cửa ngõ phía tây thành Thăng Long, vua Lý vào làm lễ trong miếu. Thấy đây là nơi có cảnh đẹp, thờ phụng linh thiêng, Vua han sắc phong Đổng Thiên Vương là Thượng đẳng thần, cho phép dân làng xây dựng khu đền to đẹp để phụng thờ Thánh Gióng và làm nơi lễ tế đầu xuân cho triều đình ngang tầm Quốc tế - Lễ tế cấp Nhà nước, kèm theo việc lệnh cho dân làng hàng năm, cứ vào ngày Thánh hóa (mùng 6 tháng giêng lịch trăng), tổ chức lễ hội linh đình, tưởng nhớ ngày Thánh Gióng đã qua đây và tôn vinh vị anh hùng chống giặc ngoại xâm của dân tộc. Vào thời Chúa Trịnh Tạc (1657-1682),  vợ chúa là bà Vũ Thị Ngọc Xuyến cùng con gái Trịnh Thị Ngọc Cang đã bỏ tiền tu sửa lại đền. Sau khi bà mất, dân làng lập ban thờ hai mẹ con bà ngay trong đền bên cạnh Đổng Sóc Thiên Vương và Bảo Đà Quốc Công.