По требованию императора было составлено заключение. В нем министром народного просвещения И. Деляновым поддерживалось принятие экстренных мер для спасения памятников Херсонеса, предложение же Уваровой обратить первоклассный монастырь в приходскую церковь признавалось не уместным. В рапорте председателя ИАК графа А. Бобринского Министерству двора на запрос в связи с запиской П.С. Уваровой четко излагалась программа ИАК по улучшению археологических исследований в Херсонесе и сохранению его памятников. К заведованию раскопками и осуществлению «надзора над расходами» ИАК привлекла члена ООИД, жителя Севастополя К.К. Косцюшко-Валюжинича. Начало регулярных археологических исследований Херсонеса явилось естественным проявлением возросшего интереса в русском обществе к национальным святыням.

К концу XIX – началу XX века рост расходов монастыря стал резко сокращаться. Это было связано с тем, что с 1899 года он был объявлен общежительным и был вынужден значительные суммы денег тратить на содержание братии. Число монахов с начала века увеличивалось и к 1907 году достигло 33, а число послушников – 125. На монастырской усадьбе кроме величественного собора были построены большое трехэтажное здание настоятельского корпуса, две гостиницы, две бани, трапезная, оранжерея, два братских корпуса. Дальнейшее развитие монастыря осложняло производство археологических работ, и это вызвало многочисленные конфликты между заведующим раскопками и монастырской администрацией. Сохранилось донесение К.К. Косцюшко-Валюжинича в ИАК: «Архимандрит, как хозяин в монастыре, не разрешает копать внутри ограды, там, где я это пожелаю». В свою очередь управление Херсонесского монастыря просило «оградить монастырь от самоуправства господина Косцюшко-Валюжинича, человека инославного вероисповедания, явно недружелюбно относящегося к православному монастырю». Каждые новые раскопки монастырь считал ущемлением его законных прав, отчуждением земли. В определенной степени это было обоснованно, так как под раскопками оказалась пятая часть всей монастырской усадьбы.

С началом военных действий положение Херсонеса осложнилось. Революционные изменения в России поставили некогда процветающий Херсонесский монастырь на грань краха. С февраля 1917 года жизнь здесь стала постепенно угасать, монастырь приходил в запустение. В новых условиях усилия руководства и братии в борьбе за существование успеха не имели. В 1921 году пустующие монастырские помещения по просьбе городских властей были отданы для размещения инвалидов войны и приюта. Шесть зданий были отданы 7-му стрелковому полку. В 1924 году монастырь был упразднен, а его основные здания были переданы Херсонесскому историко-археологическому музею.

На территории национального заповедника «Херсонес Таврический» был построен самый большой собор в Крыму. Однокупольный двухэтажный храм в византийском стиле высотой 36 метров поражал своей грандиозностью, величием и красотой. Купол, увенчанный золоченым крестом, был покрыт цинковой черепицей. При сооружении собора использовали каррарский и гаспринский мрамор, балаклавский мраморовидный известняк, крымбальский камень, для полов – многоцветную мозаику.

Собор имел пять престолов: в нижнем храме – во имя Рождества Богородицы и преподобного Мартиниана, в верхнем – главный, во имя равноапостольного князя Владимира, слева – во имя благоверного князя Александра Невского, справа – во имя апостола Андрея Первозванного. Мраморный иконостас главного храма по проекту Н. М. Чагина выполнили в Карраре итальянские мастера И. Сеппи и братья Баскарини. На правой его стороне находился позолоченный деревянный киот тонкой резьбы, убранный восемью образами в два яруса и увенчанный ажурным куполом с крестом; перед ним стоял мраморный постамент для возложения святых мощей князя Владимира с надписью: «О преблаженне и всехвальне княже Владимире, мир и здравие и твердую державу моли подати Императору нашему и велию милость». В храме имелись иконы, написанные известными художниками И. А. Майковым, В. И. Неффом, П. Т. Риссом, отреставрированные живописцем И. Т. Молокиным, росписи и картины академика живописи А. И. Корзухина. В нижнем храме установили две плиты с текстами, напоминающими, в каком святом месте он построен, по чьему повелению и кому прихожане обязаны его сооружению. Плиты эти с памятными надписями дошли до наших дней. В соборе, помимо мощей святого равноапостольного князя Владимира, находились мощи 115 святых.