Arrivés sur la plate-forme sommitale, on pourra contourner le choeur de l'église pour rejoindre l'entrée principale, après avoir admiré au nord le charmant presbytère, aujourd'hui privé. La donation du chanoine Albéric au XIIe siècle, est confirmée en 1170 par le pape Alexandre III, qui rajoute l'église et les dîmes. Nous somme ainsi certains qu'une église dédiée à saint Didier existait donc déjà à cette date. L'église la plus ancienne que l'édifice actuel nous laisse deviner, est une église du XIVe siècle visible dans la première travée de la nef à la voûte caractéristique, avec ses culs de lampe fleuris au décor anthropomorphe buché par les révolutionnaires. Cette église comprenait également la seconde travée, ou la voûte a été détruite au XIXe siècle (on aperçoit les départs de voûte identiques aux premiers) et devait se prolonger par un coeur plus étroit à chevet plat entièrement disparu sous l'église du XIXe siècle. A l'extérieur du côté nord, les traces du rampant du toit de cette époque à mi-hauteur sur le premier contrefort de la nef (rehaussé depuis), montre que cette église du début du XIVe siècle, était précédée d'un porche bas disparu, abritant le début de l'arcature de l'ancien portail d'entrée. Après la Guerre de Cent ans, des travaux de consolidation de l'édifice que la tradition prétend avoir été incendié en partie, découlent de l'observation des contreforts extérieurs au niveau de la seconde travée, qui sont disposés en angle et pour cette raison guère antérieurs au début du XVIe siècle. Passé la Révolution, l'église mal entretenue et la forte augmentation de population exigeait des travaux conséquents. Après deux projets d'architectes en 1830 et 1831 à la demande de la municipalité, l'architecte Santa de Langres réalise le 15 janvier 1834 un devis pour l'agrandissement de l'église. Celle-ci est entièrement reconstruite telle qu'on la voit aujourd'hui, avec un choeur monumental précédé d'un modeste transept et d'une travée voûtée d'arêtes de la nef, venant rejoindre les deux premières travées de la nef du début du XIVe siècle. De plus, une tour-porche monumentale à usage de clocher (non prévue au devis initial) est élevée devant la première travée de la nef. Les travaux, rondement menés par Jean Roblet « entrepreneur de bâtiments à Langres », sont terminés le 28 novembre 1836. Pourtant, à l'automne 1845, le maire dénonce « l'état alarmant ou se trouve l'église, et notamment le clocher » qui se lézarde de jour en jour, et fait réaliser une expertise à l'architecte Gaulet de Langres, qui constate des vices importants dans les travaux de reconstruction de l'église en 1834-1836, et notamment l'absence de fondations suffisantes du clocher réalisé sur un terrain argileux des plus instable. Devant la menace d'un procès, l'architecte et l'entrepreneur transigent, s'engageant à payer les deux tiers du montant des réparations à effectuer, le dernier tiers étant à la charge de la commune. Mais ces réparations sont alors jugées insuffisantes, car c'est toute l'église qu'il faudrait reconstruire. Les discussions dureront près de quarante ans, avant que la commune de Charmes peu fortunée, trouve une solution satisfaisante par la voix de l'architecte langrois Ravier. Celui-ci propose finalement et à moindre coût de consolider et renforcer le clocher par un double cerclage d'acier de part et d'autre des abat-son, et d'isoler les cloches des maçonneries, en désolidarisant le mouton des cloches par des « isolateurs Eguillon » sur les sommiers existants, un système qui a déjà fait ses preuves sur plusieurs monuments historiques nationaux. Les travaux sont adjugés en janvier 1891 à l'entrepreneur M.A Mammès de Saints-Geosmes, qui est chargé d'ancrer, cercler et consolider le clocher avec 195 kg de vieux fers, ainsi que d'effacer les fissures en façade et effectuer quelques réparations à la toiture. C'est cette consolidation provisoire qui est toujours en place aujourd'hui. A l'intérieur, les travaux de restauration de la nef entrepris en 2003 et 2005 par la municipalité, ainsi que la restauration des peintures murales du sanctuaire et de son riche mobilier en 2010, offre aujourd'hui une église pimpante des plus agréable qui mérite la visite. On pourra voir dans le transept sud deux tableaux de la Vierge et de Saint Jean Baptiste du XVIIe siècle. Des tableaux qui surmontent un monumental buste-reliquaire de Saint Didier du XVIe siècle, faisant face à un tableau du XVIIIe siècle représentant Saint Didier en pied devant la ville de Langres, au sortir de la porte du même nom. Dans le transept nord, on admirera également deux tableaux de la même époque, dont une Vierge à l'enfant de belle facture et en face, une représentation du Sacré Coeur. Au-dessus du porche d'entrée, sont encore disposés les quatorze tableaux du chemin de croix de la fin du XIXe siècle du plus bel effet. Cet ensemble de mobilier restauré, est pour la plupart inscrit à l'inventaire supplémentaire des M.H. Le choeur est surtout intéressant par un ensemble de peintures liturgiques réalisées par l'abbé Ambroise Raulet (1842-1930), alors inspecteur des travaux diocésains, et créateur ici d'une véritable catéchèse en images, peintures qui ont été également restaurées en 2010. Un long texte latin en écriture gothique qui entoure le choeur, célèbre le mystère de l'eucharistie. En dessous, dans des arcs en plein cintre, des anges montrent les instruments de la passion. Au-dessus de l'autel, le Christ en croix est entouré par quatre anges agenouillés sur une nuée céleste, surmontés par une inscription qui transcrit les paroles d'Isaïe au moment de la passion. De chaque côté des fenêtres latérales sont disposés par couples douze personnages de l'Ancien Testament qui ont annoncé la venue du Christ : au nord Abel/Noé et les prophètes Elie/Malachie, et au sud Abraham/Melchisédech et Moïse/Aaron, et sur la voûte, sont peints chacun dans un médaillon, les quatre grands prophètes Ézéchiel, Jérémie, Daniel et Isaïe. Pour la visite de l'église qui est ouverte le samedi et le dimanche, on pourra en semaine se procurer la clef chez M. Félix Prautois au 8 Rue des Sorbiers (sous l'église) ou chez monsieur le maire.
