Тяжкі часи для Володимирського собору, як і для країни, настали в 1921 році, коли почалась націоналізація церковних земель та будівель; при цьому відбувалась конфіскація майна релігійних організацій і общин. Найцінніші предмети культу, особливо з коштовних металів, прикрашених дорогим камінням, безбожно продавали за кордон. В гіршому випадку золото і срібло, незалежно від художньої цінності, перетворювали на металеві зливки. У грудні 1929 року дзвони собору загальною масою близько 1100 пудів було переплавлено, як писали в ті часи, «на потреби індустріалізації». Дуже ретельно стан собору висвітлюється в статті києвознавця В. Ковалинського («Факти» від 11.01.2000 р.): «В акті, складеному в травні 1926 року істориком Ернстом. архітектором Осьмаком і настоятелем собору Вікторовським, вказувалось: "Вся внутрішність храму несе на собі відбитки постійного руйнування. Майже всі картини в багатьох місцях облуплюються, фарби відпадають. Зовнішній вигляд будівлі свідчить не тільки про постійне руйнування собору, а й про прогресуюче його розкрадання…"». 11 квітня 1930 року тут відкрився Антирелігійний музей, що складався з шести розділів: «Церковна торгівля», «Культ Варвари», «Культ Володимира», «Релігія і медицина», «Історія собору» і «Мистецтво на службі церкви». Вхід в колишній храм прикрашав лозунг-заклик: «Перетворимо центри релігійної контрреволюції у вогнище соціалістичної атеїстичної культури». Музей проіснував у Володимирському соборі недовго, потім храм став книгосховищем бібліотеки Академії наук. А в 1937-му в архітектурних колах обговорювалась пропозиція взагалі знести собор. Протягом майже двох років міське архітектурно-планувальне управління підбирало місце для центральної міської бібліотеки, розрахованої натри мільйони книг і 20 тисяч постійних читачів. Серед пропонованих варіантів були майдан перед Володимирський собором район Львівської площі, ділянка проектованої Урядової площі між вулицями Малою Житомирською і Алли Тарасової, територія Галицького базару, Володимирського ринку та ділянка на Костельній вулиці. Щоб визначитися з цими варіантами, 8 жовтня 1937 року в міськраду було запрошено спеціалістів-проектувальників і відомих київських архітекторів. На нараді виступили професори Олександр Вербицький і Павло Хаус-тов, майбутній президент Академії архітектури УРСР Володимир Заболотний, представник спілки архітекторів Олексій Таційта інші. Думки розійшлись. З тих, що виступили, по два висловились за Львівську й Урядову площі, один — за ділянку Володимирського ринку, а четверо — за будівництво бібліотеки на місці Володимирського собору. На щастя, механізм узгодження діяв повільно. До того ж і наступальний шал безбожників-руйнівників з різних причин охолов. З бібліотекою вирішили почекати. Завдяки цьому і вистояв Володимирський собор.

У Володимирському соборі в період тимчасової окупації Києва, під час визволення і після війни відновилась служба і ніколи, на жоден день, не припинялася. У соборі було проведено кілька планових реставрацій. В одній з них взяв участь відомий художник Павло Корін. Найбільшу роботу виконали в 1946-1952 роках реставратори під керівництвом Л. П. Каленичснка. Лука Петрович Калениченко (20.02.1898-05.08.1968 pp.) — відомий художник-реставратор, мистецтвознавець, засновник першої в Україні реставраційної майстерні. Йому було присвоєно звання художника-реставратора вищої категорії. Народився він в містечку Карлівка Полтавської губернії. З 1913 року п’ять років навчався в Миргородській художньо-промисловій школі. Луку Калениченка було направлено в Київський художній інститут (майстерня Федора Кричевського), але тяжке захворювання змусило його перервати навчання. З 1926 року Луку Петровича призначено директором Миргородського художньо-керамічного технікуму. Та бажання продовжити освіту переважає, він повертається в інститут і закінчує в 1931 році його музейно-мистецтвознавчий факультет. Після аспірантури працює на керівних посадах у багатьох провідних музеях Києва. У 1938 році Калениченко засновує першу головну науково-реставраційну майстерню, в якій працював реставратором, а після війни — консультантом. Працюючи пізніше в Академії архітектури та в Інституті художньої промисловості, Л. П. Калениченко розробляє оригінальну методику вивчення стану монументального живопису і визначення процесів реставрації картографічним методом, закріплення основи живописного шару. Він особисто займався реставрацією робіт В. М. Васнецова, зосібна запрестольним образом Богоматері з Немовлям.

За всі післявоєнні роки богослужінь у соборі особливе захоплення викликав його хор, чудовий спів якого приваблював на службу дедалі більше віруючих. В роки утиску церкви хор продовжував бути кращим у всій країні. Гам співали солісти оперного театру. У популярності хору велика заслута відомого фольклориста і хорового диригента М. П. Гайдая. Михайло Петрович Гайдай (09.12.1878-09.09.1965) народився на хуторі Даньків-ка Чернігівської губернії. У1919 році закінчив регентські курси при Херсонському музичному училищі. З 1917 по 1920 рік навчався в Академії мистецтв у Києві. Потім Михайло Петрович був диригентом Волинської хорової капели, а з 1924 року три роки займав ту саму посаду в київській капелі «Думка». Згодом довелося йому перебиватись із служби на службу: то його переводили в студентський хор, то в наукові співробітники. Тільки вийшовши. М. П. Гайдай здійснив свою давню заповітну мрію — став керівником хору Володимирського собору. Він домігся незвичайного виконання церковної музики, яке вабило не тільки парафіян, а й усіх справжніх любителів прекрасного. Він зібрав багато духовних пісень і псалмів, а також понад 5 тисяч народних пісень і дум. Казали, що в цьому хорі співала і його дочка, народна артистка СРСР Зоя Гайдай.

У 1961 році у Володимирський собор поміщають Святі мощі великомучениці Варвари. До раки з мощами зі своїми турботами й болем ідуть віруючі. Не менше людей і біля раки, що праворуч — з мощами священно мученика Макарія. митрополита Київського. Один з дослідників житія святого Макарія розповідає, що той був відомий своїм подвижницьким життям, зразковою набожністю, непорушною відданістю православ’ю і обов’язковим виконанням усіх накладених на нього обов’язків. Коли святого подвижника вибрали архімандритом Свято-Троїцького монастиря, він його перетворив на зразкову обитель. Управління православним чоловічим монастирем столиці Литовського князівства так усім сподобалось, що після смерті митрополита Іоана Глезни Собор західно-руських єпископів у 1495 році вибрав Макарія митрополитом Київським і всія Русі. Він турбувався за все церковне православне життя, та особливо його хвилював стан православ’я в Києві. Попередники митрополита уже майже сто років не були в «матері городів руських», а свята Софія — митрополича кафедра — була в катастрофічному запустінні. Макарій твердо вирішив у неспокійний 1497 рік туди відправитись. Краєм шастали загони розбійників. Ті, хто оточував митрополита, радили йому діждатися спокійних часів, на що святитель відповів: «Я хочу викопати свій пастирський обов’язок. Нехай на все буде воля Божа!». По дорозі до Києва митрополит Макарій спинився в с. Скригалові, що біля Мозиря. Під час проведення святої літургії у церкву увірвались татари. Але це не спинило митрополита, який продовжував службу. Годі нападники і відрубали йому голову. Його супутників кого зарубали, а кого забрали в неволю. Усі православні, входячи до Володимирського собору, виявляють належну шану мощам Святого Макарія. що знаходяться там з 1961 року.

Володимирський собор справив таке враження на сучасників, що практично всі образи й картини з нього не раз повторювались у копіях як живописні — в церквах, так і надруковані — в іконах. Собор доносить до кожного, хто побуває в ньому, величезний естетичний і емоційний заряд. Тому прагнуть сюди знову й знову православні християни, яким він особливо близький і дорогий. Несправедливо було б думати, що багато прекрасних живописних робіт відволікають віруючих від найголовнішого — молитви. їх розглядають, просять пояснення у супровідників. Але все, що можна бачити в цьому пречудовому храмі, служить основному — християнському вихованню. Його стіни — ілюстрації до Святого Письма, а крім того, розповідають про важку, але славну історію православної церкви. А для ознайомлення з живописом завжди є певний і достатній час. бо Володимирський собор — один з небагатьох храмів Києва — завжди відкритий. А під час служби парафіянам треба молитися і мовчати, бо за всіх говорять стіни собору. Тут свій біль, молитва — за себе, за рідних і близьких, за все людство.

В соборі Св. Володимира постійно проводять хрестини, вінчання. Нескінченний список тих, хто одержав у його стінах християнське благословення.

Собор з 1944 року став кафедральним, а в останнє десятиліття є кафедральним собором Української православної церкви Київського патріархату. Вже скоро сорок років патріарх Київський і всієї Русі-України Філарет керує духовним життям України і Володимирського собору. Він очолює богослужіння, бере діяльну участь у підтриманні й реставрації собору. Гості з усього світу вважають за честь побувати на службах у цьому найголовнішому православному храмі держави.

Собор Святого Володимира в Києві — центр духовної просвіти України. В ньому постійно відбуваються пишні богослужіння з нагоди важливих церковних свят, які демонструються по телевізійних каналах на всю країну. Тут урочисто відзначаються національні свята незалежної держави — України.