Klasztor otrzymał również wsparcie ze strony cara Michała I Romanowa, stając się tym samym jednym z ośrodków życia monastycznego pozostających pod stałą opieką dynastii Romanowów.
Dzięki uzyskiwanej pomocy możliwa była znacząca rozbudowa zabudowań monasterskich. W 1622 powstała pięciokopułowa cerkiew Opieki Matki Bożej, zaś trzynaście lat później nad grobem św. Niła wzniesiono cerkiew Objawienia Pańskiego. Rozbudowano również budynki mieszkalne, zaś całość otoczono murem z ośmiokondygnacyjną dzwonnicą nadbramną. Mnisi otworzyli filialne domy zakonne w Moskwie, Nowogrodzie Wielkim oraz Ostaszkowie.
XVIII–XX wiek W XVIII i XIX wieku Pustelnia Niłowo-Stołobieńska stała się znaczącym ośrodkiem pielgrzymkowym. Ze względu na niewystarczające rozmiary istniejących w niej obiektów sakralnych, w latach 1821–1833 na miejscu dawnej cerkwi Objawienia Pańskiego powstał znacznie większy sobór pod tym samym wezwaniem. Celem pielgrzymek były głównie relikwie św. Nilusa oraz należąca niegdyś do niego Seligierska Ikona Matki Bożej, uznawana za cudowną. W 1832 klasztor liczył 60 mnichów i posłuszników. W XIX stuleciu kompleks budynków monasterskich został poszerzony o nowe zabudowania mieszkalne oraz cerkiew św.