В храмовой части собора были устроены тёплые приделы: правый – во имя Димитрия Ростовского, левый – во имя Варлаама Хутынского (с 1861 г. и Тихона Задонского). Старая деревянная Знаменская церковь была упразднена. В ответ на прошение игуменьи Глафиры (Тарановой) указом Орловской духовной консистории от 4 апреля 1829 г. в Елецком монастыре началось строительство двухэтажной каменной трапезной Знаменского храма. 23 апреля 1838 г. настоятелем Троицкого монастыря архимандритом Флавианом на нижнем этаже соборной трапезной были освящены приделы: правый – во имя Митрофана Воронежского, левый – во имя Николая Чудотворца. Собор представлял собой типичный образец провинциального ампира. Основной объём был увенчан высокой восьмилотковой кровлей на кубическом со скошенными гранями барабане с полуциркульными окнами. Все фасады, кроме западного, были оформлены портиками: группы по три колонны фланкировали северный и южный входы в храм, завершённые, так же как и алтарная часть стены, полуциркульными окнами. Пристройка высокой трапезной с трёхнефным верхним этажом заметно исказила пропорции храма: купол и портики потерялись на фоне нового тяжеловесного объёма. В 1886 г. собор был отремонтирован и расписан инокинями из живописной мастерской под руководством художника П.А. Соколова. При игуменьи Валерии в храме было устроено водяное отопление, т.к. нижняя тёплая трапезная церковь в зимнее время уже не могла вместить во время службы всех сестёр. После ремонта и подновления иконостасов 13 августа 1890 г. были заново освящены нижние приделы трапезной, а 21 сентября того же года – верхний Знаменский престол. С южной стороны к Знаменскому храму была пристроена крытая паперть. Каменная ограда (высота 6,4 м) с четырьмя цилиндрическими башнями по углам и тремя воротами была построена в 1829–1844 гг. по проекту архитектора Иосифа Иосифовича Шарлеманя. В 1841–1861 гг. на западной стороне обители была возведена каменная трёхъярусная колокольня – образец архитектуры позднего классицизма. На первом ярусе, оформленном рустом и треугольными фронтонами, находились св. врата, через которые совершались крестные ходы. Второй и третий (кубические) ярусы звона были оформлены спаренными пилястрами, последний (цилиндрический) имел сходный декор и венчался шпилем, покрытым белой английской жестью, с позолоченным крестом. На звоннице было десять колоколов, самый крупный из которых, весом в 3 т, был отлит в 1862 г. на чугунолитейном заводе братьев Криворотовых в Ельце по благословению епископа Орловского и Севского Поликарпа (Радкевича). В 1841 г. с южной стороны Елецкого монастыря был устроен спуск к св. источнику в виде широкой лестницы с перилами, а также построена просфорная. В 1885 г. были выстроены св. врата, украшенные живописными изображениями святых, заново выложены ступени, перила из тёсаного камня с чугунными решётками и двумя фонарными столбами. На северо-восточной стороне Елецкого монастыря купец Вукол Михайлович Лавров построил двухэтажный деревянный на каменном фундаменте корпус, в 1872 г. на могиле затворницы Мелании поставлена памятная часовня; одновременно была разобрана северная стена и северо-западная башня ограды, в западной стене устроены новые ворота, новая территория обнесена каменной оградой. Площадь обители расширилась на север. Общая длина стен составила 1,2 тыс. м при трёх башнях и пяти воротах.