К 1810-м годам в негодность пришла деревянная колокольня, и рядом с храмом начали строить новую, каменную, трехъярусную. По одним сведениям, ее удалось закончить в 1817 году, по другим — в марте 1812-го. Горожане восприняли новую колокольню как памятник погибшим в Отечественную войну с Наполеоном. В конце XIX века в соборе достроили северный и южный флигели. К июлю 1914-го храм оштукатурили, заделали дыры и трещины в стенах и расписали их сюжетами из жизни святителя Питирима. Обновленный собор принял тысячи паломников со всей России, празднующих причисление Питирима к лику святых.

Фотографию Спасо-Преображенского кафедрального собора в 1904 году сделал Самоцветов — один из членов Тамбовской губернской ученой архивной комиссии. Эта организация занималась краеведческой научной работой, исследованиями и хранением губернских архивов. В период, когда был сделан снимок, Самоцветов входил в подкомиссию, которая искала городские памятники архитектуры, иконы и фрески, нуждающиеся в реставрации.