Среди последующих настоятелей посольской церкви в Афинах был архимандрит Пётр (Троицкий), профессор Киевской духовной академии. В 1890–1894 гг. настоятелем был архимандрит Михаил (Грибановский), который после возвращения в Россию стал епископом Таврическим и стяжал славу духовного писателя. Его сменил архимандрит Сергий (Страгородский), будущий Патриарх Московский и всея Руси. Во время революции в России афинский храм окормлял архимандрит Сергий (Дабич). В 1919 г. он организовал издание «Русской газеты», которая пыталась сплотить эмигрантов, принимал большое участие в жизни русской колонии, учредил русско-греческую гимназию. Спустя краткое время Сергий перебрался в Италию, где перешёл в католичество. С его настоятельством закончилась эпоха, когда в Афины присылались из России священники-архимандриты, получавшие финансовую поддержку от российского МИД (только на содержание храма ежегодно выделялось 2 тыс. руб.). После установления советской власти в России общине в Афинах, как и в других европейских городах, пришлось приспосабливаться к новым условиям жизни. В неё вошло много эмигрантов-славян, особенно сербов, так что церковь иногда называли русско-сербской (некоторое время она находилась под официальным покровительством Сербской миссии в Афинах). Первым настоятелем в таких условиях стал протоиерей Сергий Снегирёв, прибывший в Афины в 1921 г. В качестве председателя он возглавил «Союз русских православных христиан в Греции», устав которого предполагал «удовлетворение духовных, нравственных и общественных потребностей эмигрантов» и «поддержание в надлежащем состоянии русской православной церкви Святой Троицы». С образованием СССР эмигрантская община официально отделилась от посольства Советской России (признанной Грецией в 1924 г.), войдя в состав Афинской архиепископии со статусом парекклисиона (прихода без полных юридических прав). Этому пытались воспротивиться русские иерархи в эмиграции, которые видели в этом обособление общины (что усугублялось переходом Элладской церкви на новый календарный стиль) и пытались включить её в состав РПЦЗ. Епископ Хайларский Димитрий (Вознесенский), член Зарубежного Архиерейского Синода, составил в 1936 г. воззвание, призывавшее афинских прихожан «просить иерархическую власть, чтобы она отпустила» их. Эти попытки, однако, ничем не закончились. В 1920–1940 гг. храму помогал последний императорский посланник в Греции Елим Павлович Демидов, князь Сан-Донато. В знак признательности он погребён под стенами церкви вместе со своей супругой Софьей Илларионовной Демидовой (урождённой графиней Воронцовой-Дашковой), благотворительницей и уполномоченной Российского общества Красного Креста.