Преподобный Нектарий (Тихонов), архимандрит Ксенофонт, иеромонах Феодосий, взяв у преподобного Иосифа (Литовкина) благословение, постригли Варсонофия в схиму. 13 июля старцу стало лучше. В 1910–1911 гг. в Оптиной пустыни возникли нестроения, Варсонофий заступился за несправедливо оклеветанного настоятеля архимандрита Ксенофонта. Святейший Синод не нашёл в действиях настоятеля ничего предосудительного, однако для сохранения мира в обители Варсонофия перевели в коломенский Старо-Голутвин монастырь. 5 апреля 1912 г. в московском монастыре Богоявления Господня Дмитровский епископ Трифон (Туркестанов) возвёл Варсонофия в сан архимандрита, после чего преподобный уехал в Голутвин монастырь. За год служения в обители, пришедшей к начале XX в. в упадок, Варсонофий восстановил благочиние иноческой жизни, привлёк благотворителей, которые помогли отремонтировать храмы, кельи, гостиницу; монастырь стал одним из духовных центров Подмосковья. Несмотря на постоянное недомогание, Варсонофий с обеда до позднего вечера принимал посетителей, духовных чад, приезжавших к нему оптинских насельников и шамординских монахинь, вёл обширную переписку. В начале февраля 1913 г. старец простудился, открылось тяжёлое заболевание желудка. 21 февраля преподобный совершил богослужение в кафедральном соборе Коломны по случаю 300-летия царствования Дома Романовых. Во время предсмертной болезни терпел сильные боли, отказался от помощи врачей, ежедневно причащался. Чин отпевания Варсонофия совершил 6 апреля в Старо-Голутвине монастыре епископ Трифон (Туркестанов). Гроб с телом преподобного был перевезён в Оптину пустынь, 9 апреля Варсонофий был похоронен на монастырском кладбище близ Введенского собора, рядом с преподобным Анатолием (Зерцаловым). Позднее над обеими могилами братия соорудила общую часовню. После кончины Варсонофий являлся во сне многим оптинским монахам. 12 ноября 1913 г. явился скитскому уставщику Кукше, попросил, чтобы после литургии пропели молитву «Под Твою милость», и заповедал, чтобы это делалось всегда. Скитоначальник о. Феодосий распорядился ввести в скиту пение этой молитвы, что соблюдается в Оптиной пустыни и в настоящее время. В 1996 г. Варсонофий был прославлен в Соборе преподобных Оптинских старцев к местному почитанию, на Архиерейском юбилейном соборе 2000 г. – общецерковно. 10 июля 1998 г. состоялось обретение мощей Оптинских старцев, в том числе Варсонофия. Его мощи почивают во Владимирском храме Оптиной пустыни, ежедневно перед ними служатся молебен и акафист.