Przebudowa mały|200px|Widok od strony prezbiterium W 1887 na katedrę ryską i mitawską został powołany biskup Arseniusz (Briancew). Odwiedził on Mitawę w pierwszym roku swojego urzędowania i zdecydował o rozpoczęciu zbiórki pieniędzy na przebudowę istniejącego soboru oraz budowę tymczasowej świątyni na cmentarzu prawosławnym w mieście. W roku następnym Świątobliwy Synod Rządzący powierzył zadanie przygotowania projektu przebudowy świątyni Nikołajowi Czaginowi. Przedstawiony przez niego plan został 13 czerwca tego samego roku zatwierdzony do realizacji. Car Aleksander III przekazał na cele budowy 30 tys. rubli, 12 tys. przekazał Świątobliwy Synod Rządzący, zaś 8 tys. dała zbiórka przeprowadzona wśród mieszkańców Jełgawy.
Projekt Czagina zakładał rozbiórkę części dawnego soboru i powiększenie pozostałych jego elementów. Architekt osobiście nadzorował przebieg prac budowlanych, rozpoczętych 3 czerwca 1890. 14 listopada 1892 biskup ryski i mitawski Arseniusz poświęcił przebudowany sobór. Świątynia była nieprzerwanie czynna w okresie I wojny światowej, dwudziestolecia międzywojennego oraz II wojny światowej.