Во время эпидемии чумы 1837 г. архиепископ Гавриил призывал народ к покаянию, сам неоднократно посещал карантины. Активной была просветительская деятельность архиепископа Феодосия (Макаревского; 1871–1885 гг.). При нём был учреждён епархиальный училищный совет, началось издание «Екатеринославских епархиальных ведомостей», проводились окружные, благочиннические и епархиальные съезды духовенства и выборы духовенством благочинных. 1 октября 1866 г. открылось Екатеринославское епархиальное женское училище, с 20 сентября 1890 г. при нём действовала образцовая церковноприходская школа. Были организованы духовные училища в Мариуполе и Бахмуте, в Екатеринославе открылись псаломщическая школа, пастырская школа при архиерейском доме, церковно-учительская школа, при которой работала образцовая церковноприходская школа. С 1880 гг. начался бурный рост числа церковноприходских школ. В 1891 г. действовала 251 школа, в 1902 г. действовали 698 школ, к 1908 г. в ведении епархии состояло 1397 училищ разного рода, из них 1085 начальных (78 двуклассных, 1007 одноклассных). При епархиальном училище существовали должности противораскольничьего миссионера, трёх миссионеров-сотрудников, в епархии работали 30 миссионерских комитетов (три противораскольничьих, 27 противосектантских). В Екатеринославе действовали отделение Православного Палестинского Общества, имевшее подворье в Таганроге, и комитет Православного миссионерского общества. Во второй половине XIX в. в епархии создавались братства, которые видели свою цель по преимуществу в поддержке церковных школ и просветительской работе. Наиболее крупным было учреждённое в 1888 г. епархиальное братство во имя князя Владимира, задачей которого было распространение религиозно-нравственного просвещения и грамотности, ослабление влияния сектантства, главным образом, через религиозно-нравственные чтения, проводившиеся силами священнослужителей и учителей. Братство также проводило научно-богословские чтения в Екатеринославе, издавало «Епархиальные ведомости», содержало типографию. Поддержкой церковных школ занимались Кирилло-Мефодиевское братство при Троицком соборе Бахмута, существовавшее с 1885 г., Свято-Преображенское братство в Юзовке (современный Донецк), основанное в 1893 г. Крестовоздвиженское братство при Свято-Владимирской церкви-школе в станице Софиевке построило школу для православных детей, чьи родители трудились на немецких заводах. Немногочисленное братство во имя апостолов Петра и Павла в селе Балабине-Петровском Александровского уезде содержало библиотеку-читальню, устраивало просветительские чтения. Епархиальное попечительство о бедных собирало в конце XIX в. до 60 тыс. руб., особенно активно действовало Бахмутское общеприходское попечительство о бедных. Сразу после Октябрьской революции 1917 г. территория Екатеринославской губернии стала местом боёв гражданской войны. Кафедру в этот период занимал епископ Агапит (Вишневский; с 4 октября 1911 г., 5 мая 1918 г. возведён в сан архиепископа). Архиерей принял участие в Поместном Соборе Российской Православной Церкви 1917–1918 гг. В январе 1919 г., после захвата Киева петлюровцами, архиепископ Агапит в Киеве возглавил самочинный синод Украинской автокефальной православной церкви, запретил поминовение за богослужением Московского патриарха Тихона и Киевского  митрополита Антония (Храповицкого).