W 1933 r. sobór Trójcy Świętej stał się katedrą eparchii leningradzkiej, jako że sobór Trójcy Świętej w Ławrze Aleksandra Newskiego został wcześniej zamknięty. Funkcje katedry świątynia pełniła do 1938 r., gdy władze radzieckie postanowiły zamknąć dla kultu również ją. Wiosną 1939 r. cerkiew zaadaptowano na pracownię dekoracji teatru im. Lensowietu. W czasach blokady Leningradu w budynku przechowywano przed pochówkiem ciała zmarłych z głodu mieszkańców miasta, a w piwnicach - schron. Uszkodzona w czasie bombardowań świątynia została odremontowana w latach 1952–1956 i ponownie 1966–1967. W budynku nadal znajdował się magazyn. Mimo faktu, że obiekt miał już status zabytku, popadał w coraz większą ruinę.

Sobór został zwrócony Rosyjskiej Cerkwi w 1990 r. Rozpoczęły się wtedy trwające wiele lat prace restauracyjne, mające na celu przywrócenie świątyni (głównie jej wnętrzu) pierwotnego wyglądu.

25 sierpnia 2006 r. na rusztowaniach otaczających główną kopułę restaurowanej świątyni wybuchł pożar Interfax > PoliticsRIA Novosti – Russia – Restorers face long effort at Petersburg cathedral after fire;