После постройки Рождественских церквей преп. Серафим поручил Елене Васильевне Мантуровой купить участок земли недалеко от Казанской церкви. Брату ее, Михаилу Васильевичу, Батюшка завещал хранить эту землю, несмотря ни на какие обстоятельства. Она была предназначена для постройки пятиглавого собора, о котором Преподобный восклицал: «Собор-то какой у нас будет! Диво!.. Куда лучше Саровского и будут они нам завидовать!»
Впоследствии Михаилу Васильевичу пришлось вести борьбу с Иваном Тихоновым, желавшим заложить собор по своему усмотрению. 5/18 июня 1848 года все же состоялась закладка на месте, указанном великим Старцем.
Строительство собора почти не велось до 1865 года, пока игумения Мария не смогла привести в порядок хозяйство монастыря. Из-за смуты деньги, пожертвованные на собор, в обитель не попали, и постройку продолжили на малые средства. Неподалеку устроили завод на монастырской земле и стали делать свой кирпич.
Первоначально предполагалось освятить собор в честь иконы «Умиление» Божией Матери, но Нижегородский епископ Иоанникий определил его во славу Живоначальной и Животворящей Троицы. Что на это было изволение Божие, подтвердилось особым знамением, когда при воздвижении креста в 1874 году на виду всех присутствующих над крестом в вышине вились три белых голубя, а ниже три журавля описывали равномерные круги.
Немало чудес являлось в строящемся соборе. Зимой он был заколочен, но внутри слышались звуки непрекращающейся работы. Временами, вечером или ночью, видели над собором необыкновенный свет. А в 1875 году преосвященный Иоанникий неожиданно для обители решил освятить собор лишь с тремя необходимыми иконами.
День освящения совпал с праздником иконы «Умиление» Серафимо-Дивеевской - 28 июля/10 августа. В честь этой иконы был освящен в 1880 году 2/15 июня правый нижний придел. 3/16 июня 1884 года освятили справа на хорах престол во имя иконы Божией Матери Владимирской-Оранской, а на следующий день - левый придел на хорах в честь Третьего обретения главы Иоанна Предтечи. Левый нижний придел игумения Мария оставляла неосвященным в течение 28-ти лет, с верой ожидая прославления батюшки Серафима. 22 июля/4 августа 1903 года, сразу после прославления Преподобного, придел был освящен.
Автором проекта собора был архитектор А. И. Резанов, ученик академика К. Д. Тона, завершавший строительство храма Христа Спасителя в Москве после кончины учителя. Вероятно, поэтому нельзя не заметить сходства Троицкого собора с московским храмом.
Долгие годы продолжалась внутренняя отделка собора. Стены были украшены замечательными живописными полотнами на темы Ветхого и Нового Завета работы дивеевских сестер. Убранство собора поражало изяществом и вкусом. В алтаре за престолом было установлено большое Распятие на фоне живописной картины. Изображение Спасителя, приносящего Себя в жертву за грехи мира, производило особое впечатление на входящих в храм.
В Троицком соборе находилась чудотворная икона Божией Матери «Умиление», пред которой всегда молился и коленопреклоненно скончался батюшка Серафим. На этом образе Богородица изображена в момент произнесения Ею слов архангелу Гавриилу при Благовещении: «Се раба Господня, буди Мне по глаголу твоему». Многих исцелял Преподобный, помазывая елеем из лампады перед образом Царицы Небесной. Дивеевским сестрам Батюшка говорил: «Вручаю вас Самой Царице Небесной Умилению (иконе), Она вас не оставит!» И ныне копия с этой иконы, написанная в начале XX века и также чудотворная, занимает почетное место в Троицком соборе в правом киоте, как указание на то, что Верховной Игуменией Дивеевской обители является Пресвятая Владычица наша Богородица. Неопустительно каждое воскресенье перед Литургией по заповеди Преподобного пред иконой служится нараспев Параклис (особое молебное пение по уставу Афонской горы). Последнюю перед разгоном монастыря всенощную под праздник Рождества Богородицы 21 сентября 1927 года служил в соборе иеромонах, оказавшийся в Дивееве после разгона Саровского монастыря, так как в тот день арестовали всех дивеевских священников.
В октябре 1989 года Троицкий собор был передан церковной общине. Весной 1990 года при сиявшей в чистом небе радуге был водружен крест. Богослужения в соборе возобновились в субботу Похвалы Пресвятой Богородицы в апреле 1990 года, когда был освящен главный придел. С 1 января 1991 года службы в главном дивеевском соборе совершаются ежедневно.
Каждое воскресенье, по заповеди Царицы Небесной, должен совершаться сестрами обители параклис Божией Матери (молебен Пресвятой Богородице с каноном, поемым во всякой скорби и обстоянии), весь нараспев, по нотам. Для того, чтобы Мельничная обитель могла вести хозяйство, батюшка Серафим получил от помещицы Веры Андреевны Посниковой три десятины земли. По указанию Царицы Небесной, батюшка Серафим велел сестрам не строить никаких изгородей, а обрыть эту землю канавкой в три аршина глубиной и три аршина шириной, и землю насыпать валиком наподобие изгороди. А чтобы вал не осыпался, засадить его крыжовником. Сестры слушали, но медлили начинать работу. Тогда, перед днем Святой Троицы 1829 года, батюшка Серафим явился сюда ночью и сам стал копать. Дежурная сестра увидела его копающим канавку и с радостью, что их посетил старец, позвала сестер. Те бросились к отцу Серафиму за благословением и поклонились ему до земли. Поднявшись с колен, они увидели, что преподобный Серафим исчез. Только вскопанная земля да оставленная лопата с мотыжкой свидетельствовали о его посещении. Будучи очевидицами явного чуда, сестры стали с усердием рыть канавку. Батюшка Серафим их торопил, говоря, чтобы они, невзирая на погоду, рыли хоть понемножку, но каждый день. И к концу батюшкиных дней Канавка была вырыта (за два с половиной года). "Канавка эта до небес высока. Эту Канавку Сама Царица Небесная Своим пояском измерила, так что Канавка эта — стопочки Божией Матери. Кто Канавку с молитвой пройдет, да полтораста "Богородиц" прочтет, тому все тут: и Афон, и Иерусалим, и Киев,"— говорил батюшка Серафим.
Мельничная обитель просуществовала после кончины батюшки Серафима менее 10 лет. После его смерти в мирную жизнь дивеевских сестер вселился "чуждопосетитель"— послушник Саровского монастыря Иван Толстошеев. Началась смута, продолжавшаяся около 30 лет. "До антихриста не доживете, а времена антихриста переживете,"— говорил батюшка дивеевским сестрам. Во времена Ивана Толстошеева была уничтожена Мельничная девичья обитель. 9 августа 1842 года Толстошеев выхлопотал указ об объединении Мельничной обители и обители матушки Александры. До этого дня две обители существовали самостоятельно, каждая со своим уставом и своей начальницей. Но с того дня Мельничную обитель подчинили начальнице старой обители при Казанской церкви. Погасли неугасимые свеча и лампада. Закрыты были Рождественские храмы, Канавка завалена мусором... Горько было видеть все это серафимовым сиротам — девушкам Мельничной обители.
Но батюшка Серафим, предсказавший будущие испытания, предсказал и будущую славу обители, говоря, что после долгих лет испытаний "...дивеевская конопля еще гуще зазеленеет". И связан этот расцвет с именем первой игумений Дивеевского монастыря — матушки Марии. "Будет у вас мать — праведница",— говорил преподобный Серафим дивеевским сестрам, и даже предсказывал ее имя.
Елизавета Алексеевна Ушакова родилась 30 августа 1819 года в богатой дворянской семье, но светская мирская жизнь показалась ей пустой. Она поступила в Дивеевскую обитель в 1845 году, свято веря в силу молитв батюшки Серафима. Это были очень трудные годы смуты. Интриги Толстошеева были направлены лично против Елизаветы Алексеевны, особенно, когда она стала казначеей, а затем и начальницей обители. Дивеевская обитель не имела до 1861 года статуса монастыря. Только в 1861 году Дивеевская женская община получила статус третьеклассного женского монастыря. Елизавета Алексеевна выдержала все испытания. В 1862 году она была пострижена с именем Мария и возведена в сан игумений. При ней обитель стала процветать. Водворились тишина и порядок. Число сестер при игумений Марии увеличилось и возросло до тысячи шестисот. Сорок два года матушка Мария была игуменией монастыря. При ней были построены Троицкий собор, каменная колокольня, каменная трапезная с теплым храмом в честь святого благоверного князя Александра Невского, Игуменский корпус с храмом в честь равноапостольной Марии Магдалины. Игумения Мария отошла ко Господу в 1904 году, оставив по себе добрую память, всеобщую любовь, а главное — прекрасный монастырь. Теперь сестры двух обителей жили единой семьей, а устав в монастыре был взят Мельничной Серафимовой Дивеевской общинки, поэтому весь монастырь стал называться Серафиме-Дивеевским. Здесь с благоговением соблюдали заповеди батюшки Серафима. В монастыре при игумений Марии особое место уделялось делам милосердия и благотворительности. При обители был основан приют для девочек-сирот и школа, в которой обучались также и дети духовенства. Преподавали предметы как монастырские священники, так и сестры обители. Приют содержался на средства императрицы Александры Феодоровны. Сестры обители ухаживали за больными: на территории монастыря действовали богадельня и больница. В особом корпусе жили старые монахини. Здесь при монастырской богадельне была устроена домовая церковь в честь иконы Божией Матери "Всех скорбящих Радость". В устранении смуты и благоустройстве обители принимали участие, что имело исключительную важность для всей России, такие деятели Церкви, как святитель Филарет (Дроздов), митрополит Московский и Коломенский, архимандрит Антоний (Медведев) — наместник Троице-Сергиевой Лавры, святитель Феофан (Вышенский) Затворник.
При жизни игумений Марии был построен и освящен Троицкий собор — самый большой из действующих соборов обители. Именно о Троицком соборе говорил дивеевским сестрам батюшка Серафим, предсказывая, что будет в Дивеево величественный собор, красоте которого позавидуют саровские иноки. Место, где стоит собор, указала преподобному Сама Царица Небесная. Землю для него батюшка Серафим купил на свои деньги, а купчую велел хранить. Закладка собора состоялась 5 июня 1848 года, но строительство откладывалось на долгие годы из-за неустройства внутренних дел обители. И только в 1865 году, когда игумения Мария смогла привести дела монастыря в относительный порядок, начали строить собор. Решено было освятить его во имя Живоначальной и Животворящей Троицы. Хотя собор был выстроен к 1874 году, внутренняя отделка продолжалась еще многие годы. Только в 1875 году в день празднования иконы Божией Матери "Умиление" (28 июля) собор был освящен. Изначально Троицкий собор был построен как летний, для многолюдных летних праздников и паломничества. В нем не было зимнего отопления. С 1875 года стали совершаться службы и одновременно началось благоукрашение собора живописью на больших холстах. Такая живопись нигде не встречалась в других русских обителях. Художественное послушание было поставлено в Дивеево на особенную высоту. Во главе живописной мастерской стала монахиня Серафима. В соборе никогда не было росписи. Белые стены, голубые балясинки на хорах. В алтаре за престолом, на Горнем месте, было большое Распятие, видное со всех точек собора. Стена алтаря за Распятием была затянута черным сукном. Одна из главных святынь собора — чудотворный образ Божией Матери "Умиление", перед которым всю жизнь молился и отошел ко Господу батюшка Серафим. Икона находилась справа от Царских врат в золоченом киоте. Она была перенесена в Дивеево после кончины батюшки Серафима. Император Николай II пожертвовал на икону золотой оклад с драгоценными камнями. С другой стороны от киота находилось кресло матушки игумений — наместницы Верховной Игумений Дивеевской обители, Царицы Небесной.
Рядом с Троицким собором находится еще один огромный собор. Его начали строить в 1905 году при новой игумений Александре (Троковской). В стенах собора проходила специальная система отопления, и он должен был стать зимним собором монастыря. Когда храм полностью отстроили, расписывали его сестры обители. Собор хотели освятить в честь иконы Божией Матери "Умиление", но он так и не был освящен из-за начавшейся в 1917 году смуты.
После революции 1917 года монастырь действовал еще десять лет. Правда, в эти годы у обители постепенно отнимали земли и даже на ее территории устраивали по понедельникам большие ярмарки, что тоже нарушало порядок жизни сестер. Под давлением нового режима общине пришлось даже стать “Дивеевскои женской артелью”; сестры не знали, чего еще ждать и жили в состоянии тревоги и неопределенности. В 1925 году Саровский монастырь закрыли. Последней перед разгоном Дивеевского монастыря была Божественная литургия в праздник Рождества Богородицы 8 (21) сентября 1927 года. В соборе служил архиепископ Дмитровский Серафим (Звездинский). В церкви Рождества Богородицы — Тамбовский владыка Зиновий (Дроздов). В своей проповеди владыка Серафим сказал, что монастырь закрывается, но сестры остаются монахинями и должны сохранить монашеские обеты. Сейчас к каждой из вас поднесена Чаша, и кто как ее выпьет, насколько достойно? До сих пор сестры горели одной общей свечой, а теперь разделяетесь на отдельные маленькие свечечки. Нужно сохранить этот огонь!"— говорил на последней проповеди владыка Серафим. Сбылось непонятное до этого предсказание преподобного Серафима: "В Рождественские ворота сироты мои посыплются, как горох".
После закрытия монастыря сестры поселились в окрестных селах (Дивеево, Вертьянове и других). В настоящее время известны лишь отдельные факты из жизни некоторых дивеевских сестер в этот период. Схимонахиня Анатолия (Якубович) вместе с келейницей матерью Рафаилой жила в деревне Череватово, потом в селе Дивеево, в городе Муроме. Осенью 1932 года их арестовали и заключили в тюрьму в городе Владимире. Мать Рафаила была сослана на три года в Петропавловск, а мать Анатолия освобождена по болезни и поселилась в городе Кулебаки. Здесь был храм, в котором служил бывший священник Дивеевского монастыря отец Михаил (Гусев). В 1935 году возвратилась из ссылки мать Рафаила. Осенью 1937 года обе инокини поселились в городе Муроме, где мать Анатолия скончалась 1 февраля 1949 года.
Известна судьба другой исповедницы — послушницы Дивеевского монастыря Феклы. После закрытия обители она долго скиталась, затем поселилась в лесу неподалеку от города Чебоксары. В 40-е годы арестована и осуждена на двадцать пять лет лагерей. Освобождена в 1954 году, умерла на руках у духовных сестер.
Дивеевская блаженная Мария Ивановна (Мария Захаровна Федина) после закрытия монастыря жила в селе Пузо, затем в селе Елизарово, с 1928 года в селе Дивеево, с 1930 года — на хуторе близ села Починок. Умерла она в деревне Череватово 8 сентября 1931 года.
В селе Дивеево до 1937 года действовала Казанская церковь. Настоятелем храма был протоиерей Павел Перуанский, диаконом — отец Михаил Лилов. Отец Павел и отец Михаил в 1937 году были арестованы и скончались в Арзамасской тюрьме на Пасху 1938 года. До возрождения обители в конце 80-х годов дожили только схимонахиня Серафима (Булгакова) и схимонахиня Маргарита (до пострига — Ефросиния, "матушка Фрося"). За долгие годы запустения многое было разрушено в Дивеево. Не уцелела каменная стена, окружавшая монастырь, были снесены купола Казанской и Рождественской церквей, кресты с Троицкого и Нового соборов, снесена кладбищенская церковь в честь Преображения Господня, срыто огромное монастырское кладбище внутри Канавки. Церковь Тихвинской иконы Божией Матери сгорела от пожара в 1928 году. Долгие годы в храмах помещались склады. В подвале нового собора был устроен цех для копчения колбасы. В самом соборе — милицейский тир. В церкви Рождества Христова размещался банк.
Восстановление церковной жизни в Дивеево началось освящением деревянной церкви в честь Казанской иконы Божией Матери вблизи Казанского источника. В Лазареву субботу, 30 апреля 1989 года, митрополит Нижегородский и Арзамасский Николай совершил освящение храма. (Так сбылось предсказание батюшки Серафима, который не разрешил называть каменную Казанскую церковь матушки Александры приходской, говоря, что она будет теплым монастырским собором, а приходская Казанская церковь будет устроена на новом месте, на окраине села Дивеево.) Владыка подарил на освящение храма икону преподобного Серафима с частью мантии святого. Икона эта долгое время оставалась главной святыней Казанской церкви, а потом Троицкого собора. “Сам преподобный к нам идет” — говорили люди.
Вторым важным этапом при восстановления монастыря была передача Троицкого собора в октябре 1989 года и освящение главного его престола в день Похвалы Пресвятой Богородицы (15 апреля 1990 года). Передача собора произошла неожиданно, практически без участия церковной общины. Вспомнились тогда слова преподобного Серафима, говорившего сестрам: "Ничего не просите у них, когда надо будет — сами отдадут". С этого дня в соборе совершаются богослужения.
На праздник Казанской иконы Божией Матери 8 (21) июля 1991 года было официально объявлено о том, что Дивеевский монастырь вновь открыт. К этому времени в Дивеево уже жили в ожидании возрождения монастыря и трудились при церкви на разных послушаниях съехавшиеся сюда в 1988 —1990 годах будущие сестры обители. 17 ноября 1991 года митрополит Николай торжественно, при большом стечении верующих, посвятил в сан игумений монастыря монахиню Сергию, бывшую до этого благочинной в Рижской пустыньке. Начался новый этап жизни возрожденной обители.