Konserwacja „archeologiczna” (1912–1914) Pod koniec XIX wieku rozwój archeologii doprowadził do wzrostu zainteresowania pozostałościami pierwotnej, jedenastowiecznej katedry św. Zofii. W kręgach władz rosyjskich pojawił się pomysł zniszczenia barokowej świątyni w celu przywrócenia jej pierwotnego, bizantyjskiego wyglądu. Z inicjatywy mieszkańców Połocka zainicjowano w lokalnych i ogólnokrajowych gazetach dyskusję na temat celów i metod remontu. W wyniku tej akcji postanowiono zachować barokową architekturę soboru w niezmienionym stanie. W latach 1912–1914 w świątyni przeprowadzone zostały prace remontowe z udziałem najlepszych przedstawicieli rosyjskiej archeologicznej szkoły konserwatorskiej. Ich wynikiem było zachowanie soboru św. Zofii nie tylko jako zabytku archeologicznego, lecz także jako wybitnego przykładu wileńskiej architektury barokowej.
Czasy współczesne Prawosławni władali świątynią do lat dwudziestych XX wieku. W czasach sowieckiej Białorusi, w 1924 r., połocki sobór został zamknięty dla kultu, a budynek stał się siedzibą lokalnego muzeum krajoznawczego. Do funkcji kultowych obiekt został na krótko przywrócony w latach 1942–1944. W pierwszych dekadach powojennych budynek pozostawał w dużej mierze niewykorzystywany.