Sul lato Sud della collina del Monte Partemio a Cartoceto si trova il Convento di S. Maria del Soccorso.

Venne costruito attorno al 1500 per l'intervento del Comune, che stanziò 200 fiorini, e per il concorso di tutta la popolazione che in questo modo venne incontro alle pressioni di un frate agostiniano, tal fra' Giacomo, che si prefiggeva di diffondere una devozione tipica degli agostiniani del tempo: quella della Madonna del Soccorso.
In seguito all'accorrere, anche dai vicini paesi, di folle di persone per miracoli che venivano compiuti da quella venerata immagine che nel frattempo era stata fatta dipingere, S. Maria divenne un centro di profonda religiosità e meta delle varie associazioni e parrocchie della diocesi di Fano.
Con il trascorrere del tempo questa devozione andò sempre più scemando e con la soppressione napoleonica della comunità dei frati, lo stesso convento ne risentì deteriorandosi sempre più nella sua struttura e divenne casa di riposo di quei frati che avevano insegnato allo studio generalizio di Pesaro, Rimini e Ancona. Nel 1743 su pressioni del generale degli Agostiniani Padre Agostino Gioia, il papa Benedetto XIV emanò due Brevi secondo i quali il monastero sarebbe dovuto diventare succursale di quello di Pesaro. Prontamente, anche se per ragioni diverse, ricorsero contro tale provvedimento il Consiglio della Comunità di Cartoceto e i magistrati di Fano che avrebbero voluto che le rendite di S. Maria fossero passate agli Agostiniani di Fano. Anche se tali iniziative non portarono al ritiro dei due Brevi, tuttavia questi non furono mai resi esecutivi.

Di stile vanvitelliano, la Chiesa di S. Maria del Soccorso ha una struttura molto solida con muri massicci anche per motivi di statica, dal momento che l'impasto a base di calce e tufo macinato non ha molta forza di coesione.
La chiesa è a pianta rettangolare, con volte a vela. Al piano terra vi erano gli uffici pubblici del convento, refettori, cantina e sala capitolare.

Presumibilmente attorno alla seconda metà del 1700 fu ricostruito l'attuale complesso monastico sul luogo del vecchio fabbricato compresa la Chiesa, possente, slanciata che fu benedetta dal Vescovo di Fano nel 1783. Il convento ospitava colonie elioterapiche per fanciulli e fanciulle povere e bisognose di cura e, pur non essendo più da tempo sede del Santuario di S. Maria del Soccorso e quindi meta di pellegrinaggi, il convento non ha però perso il suo richiamo spirituale.
I padri agostiniani un tempo numerosi, continuano ancor oggi a svolgere attività di accoglienza per gruppi di studio, di formazione e, comunque, per quanti cercano il silenzio e la comunione col visibile e l'invisibile.

Tra le più antiche pitture ancora ben conservate vi è l'affresco della Madonna del Latte, del 1500, posto nel passaggio tra la chiesa e il chiostro, tipica espressione dell'abbondanza e della fertilità; si trovava nell'antica chiesa quale ex voto.
Nella cappella laterale della chiesa si trova una Madonna del Soccorso della metà del 1500 di scuola marchigiana.
Sono inoltre conservate nel convento due opere cinquecentesche attribuite a Bartolomeo Morganti, pittore fanese che molto produsse nelle varie chiese di Cartoceto dove aveva una sua casa: una Concezione e una Flagellazione.

Nella chiesa è inoltre presente un organo del 1805, opera di Sebastiano Vici da Montecarotto.