W latach 30. XVIII stulecia do budynku dostawiono obszerny ceglany przedsionek, zaś dotychczasowe kopuły w formie hełmów zastąpiono kopułami cebulastymi. Centralna kopuła została przebudowana w formę typową dla baroku ukraińskiego. W latach 80. XVIII w. sobór i dom biskupi zostały połączone drewnianą galerią. Poważne zniszczenia wywołał w obiekcie pożar Kazania w 1815, po którym sobór przez dwa lata stał pusty. Odbudowę świątyni rozpoczęto w czasie sprawowania urzędu arcybiskupa kazańskiego przez Ambrożego. Moskiewski mistrz Bykowski wykonał wówczas ikonostas dla świątyni, a nauczyciel szkoły ludowej w Kazaniu Wasilij Turin napisał nowe ikony. Odnowiona budowla została poświęcona 19 czerwca 1821.
W 1836 sobór w Kazaniu odwiedził car Mikołaj I, który nakazał następnie powiększyć świątynię, a cztery lata później sam zatwierdził projekt jej przebudowy opracowany przez F. Pietondiego. Architekt ten osobiście nadzorował prace nad rozbudową soboru w kierunkach zachodnim, północnym i południowym. Teren dawnych ołtarzy bocznych znalazł się tym samym w obrębie nawy głównej, rozebrany został przedsionek. Nowe ołtarze boczne, pod wezwaniem Świętych Borysa i Gleba oraz Narodzenia Pańskiego, wyraźnie oddzielono od nawy ścianami, do każdego prowadziło osobne wejście.