Возвращение собора православным и долгожданное восстановление

Ставший в 1633 г. православным митрополитом Киевским св. Петр (Могила) уже в самом начале своей деятельности добился у короля Владислава IV разрешения отобрать разоренный и поруганный Софийский собор у униатов и заняться, наконец, его восстановлением. Митрополит Петр привлек к восстановлению Софии Киевской итальянского архитектора Октавиано Манчини.

Тогда же были забелены его древние мозаики и фрески. К открытию фресок было приступлено по высочайшему повелению лишь в 1848 г. Работа эта велась без должной осторожности, и открываемые фрески немедленно и весьма грубо реставрировались. В 1885 году А. Праховым были открыты мозаики в куполе и на внутренней стороне триумфальной арки.

Петр (Могила) вновь сделал Софийский собор кафедрой митрополитов Киевских и Галицких - этот статус храм сохранял вплоть до начала XX столетия. Тогда же при Софийском соборе был учрежден небольшой мужской монастырь. К сожалению, несмотря на то, что при Петре (Могиле) в соборе были проведены гигантские восстановительные работы, митрополит так и не успел их завершить до своей кончины - западная часть собора продолжала оставаться в руинах. Окончательно собор был возрожден только в конце XVII в., после того, как Киевская митрополия вновь вошла в состав Московского Патриархата при патриархе Иоакиме и митрополите Киевском Гедеоне. В возобновлении храма принимали участие не только малороссийские зодчие, но и московские мастера, почерк которых угадывается в форме некоторых наличников собора. В целом же Софийский собор в это время приобретает черты, свойственные памятникам украинского барокко - храм получает грушевидной формы главы, его стены украшаются лепниной.

В течение XVIII - XIX вв. продолжаются строительные работы в Софийском монастыре. Собор украсился новым роскошным иконостасом из позолоченного дерева, рядом с ним были выстроены высокая колокольня, теплая зимняя церковь (т.н. " Малая София"), здания митрополичьих покоев и монашеских келий. В последний раз переделки затронули Софию Киевскую в 1882 г., когда был перестроен западный фасад собора. В течение Синодального периода (XVIII - нач. XX вв.) Софийский собор продолжал оставаться кафедральным собором митрополитов Киевских и Галицких. Многие из них были погребены в соборе. В Софии Киевской совершались архиерейские хиротонии: в частности, здесь был рукоположен во епископа св. Феофан (Говоров), Затворник Вышенский.

В 1824 г. в Софийском соборе похоронен митр. Серапион (Александровский).