В 1814–1822 гг. продолжались работы по возведению собора Николая Чудотворца, но вскоре его пришлось разобрать из-за появившихся трещин в сводах. Собор строился в 1823–1843 гг. по новому плану, причём архимандрит Макарий (Фомин) считал, что он должен был стать храмом-памятником Отечественной войны. 26 августа 1843 г., в день годовщины Бородинской битвы, Калужский епископ Николай (Соколов) и 12 священнослужителей (в том числе четыре настоятеля монастырей) освятили собор. В верхней части храма, на хорах за балюстрадой, был устроен придел Преображения Господня (освящён 3 июля 1849 г.), а под собором – придел Всех святых (освящён в 1876 г., храм-усыпальница, где находятся захоронения купца Т.Е. Целибеева, архимандрита Макария (Фомина) и некоторых других настоятелей). Главный собор с пятью куполами увенчан бельведером с крестом и опирается на обширную ротонду, у основания купола есть восемь окон-люкарн. Ротонда покоится на четверике, по углам которого расположены четыре маленькие низкие главки. С двух сторон четверик декорирован фронтонами, опирающимися на парные полуколонны и пилястры. Алтарь ориентирован на север в связи с особенностями композиции, с юга ко входу в храм пристроена крытая паперть-галерея, украшенная портиком. Собор занял среднюю из трёх спускающихся ступенями террас, на которых расположена обитель. Авторство проекта собора остаётся предметом дискуссий, некоторые приписывают его Александру Лаврентьевичу Витбергу. По воле императора Николая I в назидание потомству на внешних святых вратах было сохранено в неприкосновенности изображение Нерукотворного образа Спасителя со следами пуль вокруг лика. Рядом установили памятную доску с надписью: «Язвы в память французской войны 1812 года». У иконы горела неугасимая лампада. Ежегодно 16 августа, на праздник Нерукотворного образа Спасителя, совершался крестный ход к святым вратам. В 1860 г. по инициативе отставного майора Ф.М. Максимова, участника Малоярославецкого сражения, близ братской могилы воинов, погибших в 1812 г., в Верхней Солдатской слободе (ныне Сквер 1812 г.) была сооружена каменная часовня, приписанная к монастырю. При ней была устроена келья для монахов, которые читали Псалтирь с поминовением усопших. Ежегодно 12 октября после литургии из Малоярославецкого монастыря и городских церквей крестный ход направлялся к часовне, а также служили соборную панихиду по убиенным воинам. В 1912 г. Малоярославецкий монастырь принял активное участие в мероприятиях, посвящённых празднованию 100-летия победы в Отечественной войне 1812 г.