На протяжении полугода по благословению священноархимандрита монастыря митрополита Амвросия в Ниловой пустыни трудилась бригада реставраторов из Московской государственной художественно-промышленной академии имени Сергея Григорьевича Строганова, Московского государственного академического художественного института имени Василия Ивановича Сурикова и Российской академии живописи, ваяния и зодчества Ильи Глазунова.

На первом этапе работ была отреставрирована уцелевшая фреска, находящаяся в куполе собора. К началу реставрационных работ фреска с изображением Господа Саваофа в окружении Архангелов находилась в аварийном состоянии: поверхность живописи была покрыта крупной сеткой трещин, имелись отставания и пустоты в штукатурном слое. Авторский колорит был скрыт под толстым слоем копоти и пыли. При реставрации обнаружилось, что авторская живопись местами была заштукатурена поздними вставками. Лак местами разложился и побелел, были потертости и утраты авторской живописи. В результате удалось раскрыть значительные части росписи от штукатурных наслоений. Были проведены работы по укреплению штукатурного и красочного слоев росписи, восполнены утраченные участки и реконструированы недостающие элементы.

На втором этапе работ были написаны новые фрески с изображением Божиих пророков в барабане купола, Евангелистов – на «парусах», а также изображение двунадесятых праздников на южной и северной сторонах четверика.