В мае 1983 г. Данилов монастырь был возвращен Церкви, и с первых дней для восстановления обители сюда были приглашены для работы лучшие мастера. После освобождения здания храма от чужеродных наслоений от него фактически остался кирпичный остов, который требовал огромных трудов по реставрации. В процессе работ были восстановлены белокаменные портики и лестницы на южном и северном фасадах храма, которые были убраны еще в XIX в. Усилиями архитекторов, мастеров различных специальностей и братии монастыря собору был возвращен его прежний облик. В первоначальном виде были воссозданы малый купол, крест, оконные и дверные проемы, карнизы, белокаменный цоколь и другие утраченные детали.
Но особенно сложные, требовавшие высокой квалификации работы были проведены в интерьере. От внутреннего убранства храма сохранились лишь фрагменты, но именно они, вместе с обнаруженными в Центральном государственном архиве древних актов проектными чертежами Осипа Бове, позволили воссоздать интерьер собора в виде, близком первоначальному. Так, были восстановлены все лепные украшения сложного рисунка, ансамбль настенной росписи.
Работы по восстановлению живописного убранства делились на два вида: реставрация сохранившейся росписи и написание утраченных сюжетных композиций и орнаментальных вставок. В процессе новейшей реставрации были восстановлены все живописные композиции. Частично сохранившаяся стенопись задала тон общей росписи. Не менее сложными были работы по воссозданию деревянной позолоченной резьбы иконостасов, киотов, напрестольных сеней в виде ротонд.
По всему периметру собора на уровне капителей колонн был протянут лепной декор изящной, богатой по содержанию рисунка лентой. В росписях на потолке и в «глухих» люнетах по всему периметру собора представлены библейские сюжеты.
Интерьер поражает великолепием декоративного убранства: гармонично сочетаются живопись, лепнина и золоченая резьба по дереву. Благолепие интерьера довершается мраморной отделкой пола, стен и ступеней амвона.
В подклете собора ныне находится храм Рождества Иоанна Предтечи. Всего лишь через три года после начала восстановительных работ, 27 апреля 1986 г., архимандритом Евлогием (Смирновым) был совершен чин освящения Троицкого собора. Как и в прежние годы, собор является духовным и архитектурным центром Данилова монастыря.