Od 1937 do 1941 r. budynek służył jako więzienie NKWD obwodu poleskiego. Znajdowały się tutaj biura funkcjonariuszy, w których dokonywano przesłuchań. Wyroki wydawały tzw. trójki NKWD. Nawę kościoła podzielono na cele, w których były trzypiętrowe łóżka. Na jednym łóżku leżało kilka osób. Na chórze znajdowali się strażnicy, którzy w przypadku zauważenia naruszenia strzelali bez ostrzeżenia. W podziemiach kościoła urządzono loch. Początkowo ludzi nie rozstrzeliwano w budynku, ale od 1937 r. wyroki śmierci wykonywano natychmiast w krypcie. Według danych eparchii turowskiej i mozyrskiej wydano tutaj ponad 2 tysiące wyroków śmierci, z których około 300 wykonano w piwnicy kościoła. Zamordowanych posypywano piaskiem i wapnem.
W 1941 r. świątynia została ponownie otwarta i w 1952 r. odnowiona. Od 1992 roku jest katedrą odrodzonej eparchii turowskiej i mozyrskiej.
Na początku lat 90. XX w. w krypcie odkryto szkielety ofiar egzekucji dokonywanych przez NKWD w okresie wielkiego terroru. W kolejnych latach, podczas sprzątania piwnic katedry, znaleziono szczątki 60 osób, które złożono do dwóch trumien. W 2012 r.