С апреля 1943 г. служил в церкви во имя архангела Михаила в селе Архангельском Угличского района. Жил в храме, в небольшой келье под колокольней, половину кельи занимала его библиотека. Под его руководством сложилась православная община. 3 июня 1948 г. пострижен в монашество с именем Кассиан в честь Кассиана Учемского. Монашеский постриг совершил Ярославский и Ростовский архиепископ Димитрий (Градусов) в епархиальном доме в Ярославле. Весной 1949 г. Кассиан был возведён в сан игумена. В 1952–1953 гг. заочно окончил Ленинградскую духовную семинарию, а затем в 1953–1958 гг. заочно учился в Ленинградской духовной академии, окончил академию со степенью кандидата богословия за сочинение «Учение о таинствах в творениях святых Отцов и Учителей Церкви II и III вв.». В 1956–1961 гг. был благочинным церквей Угличского округа. С января 1961 г. настоятель кладбищенской церкви св. царевича Димитрия в Угличе, в начале марта возведён в сан архимандрита. 16 марта 1961 г. указом патриарха Московского и всея Руси Алексия I Кассиан был назначен епископом Угличским, викарием Ярославской епархии. 26 марта 1961 г. хиротонисан во епископа в Троице-Сергиевой лавре. Хиротонию возглавил патриарх Алексий I. 14 мая 1963 г. Кассиан был назначен архиепископом Новосибирским и Барнаульским. 23 августа того же года награждён правом ношения креста на клобуке. 20 мая 1964 г. назначен архиепископом Костромским и Галичским. В этот период в Костроме оставались действующими три храма, церковная жизнь продолжалась и в нескольких сельских приходах. Согласно отчётам уполномоченных Совета по делам религий при Совете Министров СССР по Костромской области, Кассиан приглашал священников, в том числе заштатных, в свою епархию, уделял большое внимание совершению служб и произнесению проповедей на приходах. В 1981 г. по инициативе Кассиана было учреждено празднование Собору Костромских святых. 30 ноября 1988 г. был уволен на покой по состоянию здоровья с назначением пенсии. Жил у дочери в Ярославле. 22 марта 1990 г. его отпевание в костромском Воскресенском кафедральном соборе совершили Ярославский и Ростовский архиепископ Платон (Удовенко; ныне митрополит) и Костромской и Галичский епископ Александр (Могилёв; ныне митрополит). В тот же день Кассиан был погребён в Угличе, в ограде церкви св. царевича Димитрия «на поле», рядом с могилами родителей. Был награждён орденом Сергия Радонежского второй степени (21 августа 1979 г.), дважды – именной панагией (1975; 1986 гг.), медалью советского Фонда мира (3 сентября 1979 г.).