В епархии стали создаваться православные братства, первым приступило к работе калужское братство при церкви великомученика Георгия «за верхом» (1864 г.), в 1879 г. в Калуге возникло миссионерское братство Иоанна Богослова для проведения бесед со старообрядцами в семинарском храме. Были преобразованы духовно-учебные заведения по уставу 1867 г., открыто множество церковноприходских школ, в 1879 г. в Калуге учреждено женское епархиальное училище. Был перестроен и расширен свечной завод, его доходы шли на духовно-учебные заведения. При Калужском архиерейском доме был учреждён второй монастырь – Крестовский. Архиепископ Григорий покровительствовал Оптиной пустыни и оптинскому старчеству. В обители установилась непрерывная традиция старчества: после смерти старца старшая братия выбирала его преемника, который обычно был ближайшим учеником почившего, иногда служение совершали несколько старцев одновременно. Оптинскими старцами были преподобные Лев (Леонид; Наголкин), Макарий (Иванов), Амвросий (Гренков), Иларион (Пономарёв), Анатолий (Копьёв; Зерцалов), Иосиф (Литовкин), Варсонофий (Плиханков), Анатолий (Потапов), Нектарий (Тихонов),  Никон (Беляев) и др. Они жили в скиту Иоанна Предтечи и окормляли оптинскую братию, принимали монахов и монахинь из других обителей и мирян, вели переписку. В XIX в. благодаря старцам Оптина пустынь стала одним из главных духовных центров России. Её посещали члены императорской семьи, архиереи, писатели, поэты, философы и огромное количество паломников всех сословий. С 1840 гг. по инициативе Макария (Иванова) и при поддержке Московского митрополита Филарета (Дроздова) многие насельники Оптиной пустыни (преимущественно выходцы из дворян, имевшие хорошее образование), а также Иван Васильевич Киреевский и другие участвовали в просветительской деятельности обители. Они переписывали и издавали (в переводе схиархимандрита Паисия (Величковского) или в собственных переводах) творения отцов церкви, публиковали жизнеописания оптинских старцев и других подвижников XVIII–XIX вв., переписку старцев, исторические описания монастырей и др. По благословению оптинских старцев во второй половине XIX в. были основаны многие женские общины, в том числе в 1868 г. – Казанская Боголюбивая в Мосальском уезде (в 1892 г. получила статус монастыря), в 1884 г. – Шамординская Казанская в Козельском уезде (с 1901 г. – монастырь). При епископе Владимире (Никольском; 1881–1888 гг.) особое внимание уделялось духовно-просветительской работе: было открыто 130 церковноприходских школ, учреждён епархиальный училищный совет, при архиерейском доме начала работу образцовая церковноприходская школа, построены новые общежития для Калужской духовной семинарии и Мещовского духовного училища; в Калужском духовном училище создана больница. В 1883 г. для борьбы с распространением старообрядчества в Боровске было учреждено братство Пафнутия Боровского. При епископе Александре (Светлакове; 1894–1895 гг.) были открыты епархиальная библиотека и Калужское отделение Палестинского православного общества. В 1903 г. в епархии насчитывалось 610 приходов, к духовному сословию принадлежало 5070 человек. Благочиннических округов в 1916 г. было 39.