W latach 1836–1837 dokonano kolejnej przebudowy obiektu, a w 1845 dobudowano istniejące do dziś wrota wiodące na teren klasztoru i cerkwi.
W 1850 arcybiskup wileński i litewski Józef (Siemaszko) uczynił świątynię sanktuarium męczenników Antoniego, Jana i Eustachego, których szczątki już wcześniej były przechowywane w cerkwi. Ich święto po dziś dzień odbywa się 27 kwietnia. W dwadzieścia lat później na polecenie generał-gubernatora Murawjowa dokonano kolejnej przebudowy obiektu, w czasie której usunięto z fasady świątyni elementy barokowe, utożsamiane z katolicyzmem. Z kolei w 1908 przeprowadzono remont wyposażenia cerkwi. W 1915, w obliczu wojny, mieszkańcy monasteru Świętego Ducha zostali ewakuowani do Moskwy, zabierając ze sobą relikwie męczenników. W czasie II wojny światowej cerkiew ponownie odniosła znaczne straty, bezpośrednio po wojnie była remontowana. W 1946 roku władze radzieckie zwróciły szczątki męczenników, eksponowane następnie pod baldachimem przed ikonostasem wewnątrz cerkwi. Ostatnią renowację przeszła w latach 90. XX wieku. Przy cerkwi do dziś działa męski monaster Świętego Ducha.