В 1558 г., во время Ливонского похода царя Ивана IV Васильевича Грозного, Корнилий участвовал в переносе из Ругодива в Новгород чудотворных икон, уцелевших при пожаре города. Под 1560 г. Корнилий упоминается в летописной статье о взятии города Вельяна (Феллина): в праздник Успения Пресвятой Богородицы Корнилий послал к осаждавшим русским войскам священника со святой водой и с просфорой, в ту же ночь город загорелся и был взят, вельянский колокол прислали в монастырь. В 1566 г. Корнилий принимал участие в Земском соборе, его подпись стоит под Приговорной грамотой о незаключении мира с Великим княжеством Литовским и о продолжении войны с Польшей за Ливонию (Российский государственный архив древних актов). При Корнилии, особенно в годы Ливонской войны (1558–1583 гг.), активизировалась миссионерская деятельность монастыря. Корнилий активно содействовал освоению и христианизации завоёванных в ходе Ливонской войны земель. В Повести 1580 гг. говорится, что в крепости Нейгаузен Корнилий крестил чудь и «церкви постави: на Агиреве – Святую и Животворящую Троицу, а на Тапинѣ – иже по плоти Христово Рожество, и прозвитеры и клирики устрои» («Библиотека литературы Древней Руси», том 13). В новые храмы из монастыря прислали церковную утварь, книги, иконы, некоторые из них были написаны Корнилием. В монастырской описи 1586 г. перечислены иконы, принесённые из церкви Рождества Христова в Топине (после окончания Ливонской войны этот населённый пункт отошёл Польше): «...Святители Василий Великий, Иван Златоуст взят из Топинского погоста Новаго городка Ливонскаго, а писал тот образ в Топино Печерской игумен Корнилей». С миссионерской деятельностью Корнилия исследователи связывают появление так называемых полуверцев – эстов, обращённых в христианскую веру, но сохранивших в обрядовой жизни черты язычества. Иван IV Васильевич Грозный неоднократно бывал в обители, делал крупные вклады. В Писцовой книге монастыря за 1639 г. перечислены царские жалованные грамоты 1547, 1549, 1562, 1563 гг. игумену Корнилию (Государственный архив Псковской области; то же: Российская национальная библиотека). Однако в 1570 г. Корнилий по приказу Ивана IV Васильевича Грозного был казнён. По мнению Руслана Григорьевича Скрынникова, царь не простил Корнилию его дружбы с Андреем Михайловичем. Курбским. А.М. Курбский впервые посетил монастырь в 1557 г. и затем неоднократно бывал в обители, их общение с Корнилием особенно активизировалось после того, как воевода получил в 1563 г. назначение в Юрьев. Исследователям известны три послания А.М. Курбского в Псково-Печерский монастырь, написанные преподобномученику Вассиану (Муромцеву), единомышленнику Корнилия, в 1563–1564 гг.