Obiekt wrócił do rąk prawosławnych po likwidacji unii na ziemiach zabranych w 1839 (synod połocki). Cerkiew została przebudowana przez Rosjan w latach 1873–1875 w stylu pseudorosyjskim poprzez zmianę zwieńczeń wież, budowę kopuły, zamurowanie otworu w skarpie przy fasadzie i w miejscu szczytu dodanie kokoszników. W 1923 r. polscy konserwatorzy częściowo usunęli rosyjskie zmiany i przywrócili pierwotny wygląd cerkwi. Obiekt pozostawał czynny do 1961, gdy został zamknięty i zaadaptowany na archiwum. Rosyjski Kościół Prawosławny otrzymał świątynię w 1996. Około 2010 r. oryginalne hełmy na wieżach, przebudowano w stylu moskiewskim.
Od 1775 r. do I wojny światowej cerkiew była ośrodkiem kultu słynącej cudami Zamkowej Ikony Matki Bożej. Nazwa odnosiła się do faktu, iż pierwotnie ikona była przechowywana w zniszczonej cerkwi zamku w Nowogródku. Obraz ten wspomina Adam Mickiewicz w autorskim przypisie do "Pana Tadeusza" obok wizerunków M. B. Częstochowskiej czy N. P. Ostrobramskiej w WilnieAdam Mickiewicz: "Dzieła poetyckie", wydanie trzecie zupełne z portretami i podobiznami autografów poety, wydał i objaśnił Tadeusz Pini, nakładem Komitetu Mickiewiczowskiego, Nowogródek 1933, s. 350. W czasie I wojny światowej cudowne przedstawienie Matki Boskiej zostało w 1915 r.