В октябре 1939 г. Виленский край воссоединился с Литвой, в Вильнюс вернулся митрополит Елевферий, возглавивший вновь объединённую Виленскую и Литовскую епархию Русской православной церкви. Во время Великой Отечественной войны богослужения в Свято-Духовской церкви не прекращались. На территории Вильнюсского монастыря действовала Литовская духовная семинария, на базе которой были организованы пастырско-богословские курсы, которыми руководил протопресвитер Василий Виноградов, исполнявший в 1942–1944 гг. обязанности наместника монастыря; в апреле 1944 г. курсы окончили 27 человек. В обители также работал приют для детей-сирот. Свято-Духовский храм пострадал от бомбёжек, средства на восстановительные работы выделил патриарх Алексий I. 26 июля 1946 г. в Свято-Духовскую церковь были возвращены вывезенные из Вильны в годы Первой мировой войны мощи мучеников Антония, Иоанна и Евстафия. В 1947 г. отмечался 350-летний юбилей Вильнюсского монастыря и 600-летие со времени кончины Виленских мучеников. В 1982 г. был восстановлен и освящён придел апостола Иоанна Богослова Свято-Духовской церкви, расширена нижняя пещерная церковь. Увенчанная резной сенью рака с мощами Виленских мучеников была поставлена в центре собора. В июле 1997 г., когда отмечалось 400-летие Вильнюсского монастыря и 650-летие со времени кончины Виленских мучеников, Виленскую епархию посетил Патриарх Московский и всея Руси Алексий II. 25–26 июля 1997 г. в Свято-Духовском храме он совершил всенощное бдение и литургию в сослужении девяти архиереев и местного духовенства. В дар обители патриарх передал евхаристические сосуды. В настоящее время в Вильнюсском монастыре располагаются резиденция архиепископа Виленского Хризостома (Мартишкина), который является священноархимандритом монастыря, и епархиальная канцелярия. К началу 2004 г. в обители жили четыре архимандрита, игумен, три иеромонаха и иеродиакон. В монастыре действует общедоступная библиотека (открыта в 1993 г.), в которой по воскресеньям проходят встречи священнослужителей с мирянами. Устроена небольшая гостиница для паломников, с начала 1990 гг. монастырь ежедневно предоставляет бесплатные обеды 30 нуждающимся. C 1960 г. на территории Вильнюсского монастыря также располагается вильнюсский во имя св. равноапостольной Марии Магдалины женский монастырь. В Свято-Духовском храме погребены многие Виленские архиереи – священноархимандриты Вильнюсского монастыря. В пещерной церкви покоятся останки архиепископов Иосифа (Семашко), Александра (Добрынина) и Алексия (Лаврова-Платонова). Основной некрополь находится у северной стены Свято-Духовского собора, напротив придела равноапостольных Константина и Елены.