Під час реставрації Успенського собору в 1880-1888 роках з його зовнішніх стін був повністю збитий старий тиньк. На цей час, згідно доповіді професора П. О. Лашкарьова, від давньоруського первісного храму зберігалися лише дві вівтарні апсиди – північна і центральна, а південна апсида збереглася лише фрагментарно, також західна стіна до даху, церква Св. Іоанна Предтечі. Всі інші частини собору належали до більш пізніх періодів, причому ці частини зводились в різні часи, судячи з конструкцій і матеріалів мурування. Тоді ж були виявлені нові ознаки аварійності будівлі собору.
«Надзвичайно важливі дані повідомляє П.О. Лашкарьов про куполи собору й Іоанно-Предтеченської церкви, а також про стародавнє декоративне оформлення їх фасадів», зазначаючи при цьому, що за взірець бралися древні бані, зокрема, верх церкви Св. Іоанна Предтечі. «Від останнього (храму) запозичена зубчаста над вікнами арка, яка відрізняє ліхтарі куполів на Великій лаврській церкві … Безсумнівно, що поруч таких же зубчастих арок закінчувалися і стародавні стіни церкви з північної, західної, південної сторін, і такі ж зубчасті арки виступали зі боку східної над покрівлями склепінь вівтарних апсид ». Можливо, «вивершення барабану було не карнизне, а арочне, як у Софійському соборі в Києві».
«У 1893 р. проводився черговий капітальний ремонт собору, під час якого було повністю оббито тиньк в інтер’єрі пам’ятника на внутрішніх стінах, стовпах, склепіннях та арках храму. Для огляду пам’ятника було створено спеціальну комісію, до складу якої входив архітектор В. М. Ніколаєв.». Тоді ж проводилось детальне обстеження конструкцій та будівельних матеріалів собору, стан конструкцій та декоративного оздоблення Успенського собору. «Під час ремонту храму в 1898 р. під підлогою на хорах бокового приділа преп. Антонія під складеної з цегли грубкою були знайдені олов’яні судини з золотими і срібними монетами, на суму понад 50000 рублів. Ця знахідка викликала гарячу дискусію про ступінь руйнування Успенського собору під час пожежі 1718 року.
Наприкінці XIX – на початку XX століття з’явилось багато нових публікацій про історію Успенського собору, були опубліковані іконографічні та текстові документи, ілюстрації з старих лаврських видань 1606- 1721 рр., старі альбоми малюнків Києва, в т.ч. і види Києво-Печерської Лаври. Точилися наукові дискусії щодо вигляду Успенського собору в різні історичні періоди.
Ставлення до перебудов собору на початку XX ст. у деяких дослідників XX ст., таких як В. Січинський, було негативним: «церкву сильно переремонтовано знадвору в 1879-1880 рр. і зсередини в 1883-1901 рр. і тодіто, коли наймодерніші реставратори ніби «відновлювали стародавній вид», загинув головний портал церкви, бо замість нього приставлено дешевенький скляний тамбур для зручності; наново обтиньковано мури церкви і тим ушкоджено барокову ліпну декорацію. Але найбільше спустошень зробили всередині церкви. Тут цілковито повикидали ліпні роботи, як один из самих різких и нежелательных следов латинского влияния.