Летом 2003 года открывается новая страница в истории Троицкого собора. В это время правящим архиереем Саратовской епархии был назначен Преосвященнейший Епископ Лонгин (Корчагин). Капитальная реставрация Свято-Троицкого собора началась в 2004 году по благословению Владыки.
Е.К. Рукавишников был главным архитектором проекта. На протяжении нескольких лет велись реставрационные работы по оформлению фасадов собора. В итоге специалистам удалось воссоздать исторический архитектурный облик. Заново изготавливались элементы храмового декора. Оба купола собора были позолочены в 2007 году. Одновременно изготовили и позолоченные подзоры куполов и четверик. Цветовая гамма собора и витражи на закрытой галерее приобрели отличный от прежнего вид. На открытой галерее воссоздали мозаичное покрытие пола. Также была возведена трансформаторная подстанция и построена новая ограда храма. Разработкой подробного проекта по благоустройству территории храма руководила Елена Марченко.
На протяжении трех лет велся ремонт внутреннего убранства нижнего Успенского храма Троицкого собора. За счет углубления пола удалось увеличить пространство внутри храма. Неповторимую красоту создают росписи, нанесенные на стены и проемы окон, а также украшающие его своды. Сейчас на территории Свято-Троицкого собора подходит к завершению строительство нового корпуса, предназначенной для службы административно-хозяйственного назначения, просветительского центра и воскресной школы.