В 1824 году по углам собора были возведены 4 малых купола. В 1880-х годах искусствоведом Филимоновым и художником Белоусовым были произведены масштабные реставрационные работы, открыты многие фрески и заменён иконостас.
1922 из Троицкого собора были вывезены многие ценности, в 1926 году архитектор Барановский снял малые купола.
В 1946 году власти позволили возобновить богослужения, и на многие годы Троицкий собор стал единственным действующим храмом в районе. В 1980-е годы начались реставрационные работы, в 2010 году восстановили пятиярусный тябловый иконостас.
Церковь была одноглавой, четырёхстолпной, трёхапсидной, на подклете с арочной галереей. Имелся придел с северной стороны. В 1660-х гг. церковь перестроена: западные столбы демонтированы, верх храма перестроен (возведено пятиглавие), арки галереи заложены, пристроены из кирпича трапезная и колокольня. На рубеже XVII—XVIII вв. — пристроен южный придел, а в 1860-х гг. — западное крыльцо, так же из кирпича.