ярус был дополнен цилиндрической надстройкой с куполом и шпилем и получил колонное обрамление. Чертеж колокольни подписал знаменитый московский архитектор О.И. Бове. Софийский храм капитально перестроили с использованием старых стен основного четверика и северного придела. Четверик церкви, возвышавшийся над обступившими его новыми пристройками, перекрыли сферическим куполом, который завершался фонарем и крестом. Окна на четверике и северном приделе были растесаны.
В 1842 году проходила реконструкция храма Софии с учетом изменения конфигурации церковного двора при перепланировке местности. В ходе реконструкции были построены трапезная и южный – во имя Казанской иконы Божией Матери – придел, который оказался как будто срезанным линией улицы и получил неправильную форму. С западной стороны на месте перехода и старой паперти была сооружена обширная трапезная, а апсиды объединены в одну прямоугольную пристройку. В 1890-х годах изменили декор фасадов и обновили купольное покрытие. В 1901 году церковь Софии у Пушечного двора снова обновлялась. В 1913 году прямой угол трапезной сделали закругленным, так как прямой угол мешал проезду экипажей во двор церкви. Таким образом, в начале XX века здание представляло собой сложный конгломерат различных по абрису и форме помещений.
В 1912 году философ и священник Павел Флоренский обнаружил в Софийском храме и издал редкий список служб Софии Премудрости Божией середины XIX века. Исследовавший этот список ученый-архивист А.И. Никольский писал: «Из анализа службы Святой Софии, которая, вероятно, написана была в Новгороде, видно, что сочинитель не составил себе ясного и отчетливого понятия о Софии Святой: то он разумеет под Премудростью Божиею воплотившееся Слово, Иисуса Христа, то – Божию Матерь, а в тропаре «Велия и неизреченная Премудрости Божия Сила» под Премудростию Божиею разумеется и Иисус Христос, и Божия Матерь»[64].
В конце 1920-х годов Софийская церковь была закрыта. В 1934 году по распоряжению находившегося по соседству Объединенного Государственного политического управления при СНК СССР разобрали верх колокольни храма и колоннаду. В 1960-х годах в Софийской церкви помещалась фабрика экспериментальной спортивной одежды «Динамо». Интерьеры здания были значительно искажены и приспособлены под фабричное помещение. Для этого растесали старые стены и разобрали портики у колокольни, внутри установили межэтажные перекрытия и многочисленные перегородки.
В 1981 году здание церкви, расположенное в непосредственной близости от Лубянской площади, было передано в ведение КГБ и использовалось для производственных мастерских и складских помещений. Алтарную часть храма приспособили под проходную. В 1980-х годах старые здания вокруг церкви были снесены, а спустя три года на их месте по проекту архитекторов Б.В. Палуя и Г.В. Макаревича возвели многоэтажное здание нового корпуса КГБ. За годы бесчисленных перестроек вокруг Лубянской площади исчезли почти все церкви: Гребневской иконы Божией Матери, Владимирской
