Во время реставрации Успенского собора в 1880-1888 годах с его наружных стен была полностью сбита старая штукатурка. К этому времени, согласно докладу профессора П. А. Лашкарева, от древнерусского первоначального храма сохранялись лишь две алтарные апсиды – северная и центральная, а южная апсида сохранилась лишь фрагментарно, также западная стена до крыши, церковь Св. Иоанна Предтечи. Все остальные части собора принадлежали к более поздним периодам, причем эти части возводились в разное время, судя по конструкциям и материалам кладки. Тогда же были обнаружены новые признаки аварийности здания собора.
«Чрезвычайно важные данные сообщает П.А. Лашкарев о куполах собора и Иоанно-Предтеченской церкви, а также о древнем декоративном оформлении их фасадов», отмечая при этом, что за образец брались древние купола, в частности, верх церкви Св. Иоанна Предтечи. «От последнего (храма) заимствована зубчатая над окнами арка, которая отличает фонари куполов на Большой лаврской церкви… Несомненно, что рядом таких же зубчатых арок заканчивались и древние стены церкви с северной, западной, южной сторон, и такие же зубчатые арки выступали со стороны восточной над кровлями сводов алтарных апсид». Возможно, «завершение барабана было не карнизное, а арочное, как в Софийском соборе в Киеве».
«В 1893 г. проводился очередной капитальный ремонт собора, во время которого была полностью обита штукатурка в интерьере памятника на внутренних стенах, столбах, сводах и арках храма. Для осмотра памятника была создана специальная комиссия, в состав которой входил архитектор В. М. Николаев.». Тогда же проводилось детальное обследование конструкций и строительных материалов собора, состояние конструкций и декоративной отделки Успенского собора. «Во время ремонта храма в 1898 г. под полом на хорах бокового придела преп. Антония под сложенной из кирпича печкой были найдены оловянные сосуды с золотыми и серебряными монетами, на сумму более 50000 рублей. Эта находка вызвала горячую дискуссию о степени разрушения Успенского собора во время пожара 1718 года.
В конце XIX – начале XX века появилось много новых публикаций об истории Успенского собора, были опубликованы иконографические и текстовые документы, иллюстрации из старых лаврских изданий 1606- 1721 гг., старые альбомы рисунков Киева, в т.ч. и виды Киево-Печерской Лавры. Шли научные дискуссии относительно вида Успенского собора в разные исторические периоды.
Отношение к перестройкам собора в начале XX в. у некоторых исследователей XX в., таких как В. Сичинский, было негативным: «церковь сильно переремонтирована снаружи в 1879-1880 гг. и изнутри в 1883-1901 гг. и тогда, когда самые современные реставраторы будто «восстанавливали древний вид», погиб главный портал церкви, потому что вместо него приставлен дешевый стеклянный тамбур для удобства; заново оштукатурены стены церкви и тем повреждена барочная лепная декорация. Но больше всего опустошений сделали внутри церкви. Здесь полностью выбросили лепные работы, как один из самых резких и нежелательных следов латинского влияния.
