В том же году в столице скончалась отличавшаяся благочестием мать Игнатия. В это время в Троице-Сергиевой пустыни жили братья Игнатия – Макарий, впоследствии схимонах с тем же именем, исполнял послушание наставника молодых иноков, в том числе будущего афонского подвижника схимонаха Парфения (Гвоздева), и, младший, Пётр (впоследствии иеромонах Платон; ум. в 1863 г.). Третий брат, Степан, успешно занимался торговлей и на свои средства построил новую келью Игнатию. В связи с небольшими размерами тёплой церкви Игнатию удалось убедить настоятеля построить новый храм во имя Сергия Радонежского и получить обещание княгини Зинаиды Ивановны Юсуповой пожертвовать на него 40 тыс. руб. Став главным распорядителем работ на строительстве Сергиевской церкви, Игнатий пользовался доверием настоятеля и архитектора Алексея Максимовича Горностаева. Однажды он нашёл в лесу гранитный валун, который был использован для отделки всех колонн храма. Игнатий настоял на том, чтобы иконостас для церкви был не резным дубовым, как предлагал святитель Игнатий (Брянчанинов), а мраморным. Для получения средств на убранство храма Игнатий продал имевшийся у него эскиз К.П. Брюллова, сам выполнил на колоннах медальоны с изображениями святых, спроектировал гранитный мозаичный пол (частично сохранился), плафон на балках, витражи. Принципы устройства и символику постройки Игнатий впоследствии изложил в брошюре «Храм преподобного Сергия». 15 апреля 1857 г. Игнатий был назначен наместником Троице-Сергиевой пустыни. Через полгода готовившийся к епископской хиротонии святитель Игнатий (Брянчанинов) рекомендовал митрополиту Новгородскому и Санкт-Петербургскому Григорию (Постникову) назначить «неучёного» Игнатия настоятелем. Указом Святейшего Синода от 30 октября 1857 г. Игнатий был определён настоятелем Троице-Сергиевой пустыни. 17 ноября 1858 г. в Казанском соборе состоялось возведение Игнатия в сан архимандрита. Отслужив литургию в пустыни, Игнатий попрощался с учителем; в дальнейшем он состоял с ним в переписке и получал от него написанные святителем сочинения. При Игнатии обитель выплатила долг в 4 тыс. руб. Число братии увеличилось с 35 в 1867 г. до 61 человека в 1877 г. Монастырь был идиоритмическим, Игнатий возражал против намерения Синода в 1870 г. ввести в нём общежитие, считал, что обитель и без того благоустроена. Среди братии были: архимандрит Израиль (Андреев Иван; впоследствии настоятель Коневского в честь Рождества Пресвятой Богородицы монастыря), историк, собиратель архива Павел Петрович Яковлев, келейник святителя Игнатия (Брянчанинова) Иван Татаринов (впоследствии архимандрит Иустин, настоятель Бабаевского во имя Николая Чудотворца монастыря).