В 1899–1900 гг. под руководством Рудольфа Францевича Катцера на площади был разбит сквер. С 1876 г. площадь стала местом проведения митингов и демонстраций, получивших название «Казанских» (1897, 1901, 1902 г.). В 1935 г. в сквере перед западным фасадом собора установлен фонтан (1809 г., архитектор Тома де Томон), перенесённый с Киевского шоссе (ныне Пулковское). В начале 1918 г. в ознаменование восстановления патриаршества и в благодарность Господу за избавление митрополита Вениамина (Казанского) от гибели при обстреле большевиками Московского Кремля (он спасался в подземной церкви во имя патриарха Ермогена Чудова монастыря) предстоятель Петроградской кафедры решил устроить в Казанском соборе нижний «пещерный» зимний храм во имя патриарха Ермогена (проект академика Владимира Александровича Покровского, осуществлён под его руководством; освящён 18 января 1921 г.). Патриарх Тихон пожертвовал для храма частицу мощей Ермогена и старинную Казанскую икону. Жертвами большевистского террора стали протоиерей Философ Орнатский, расстрелянный после 9 августа 1918 г. с сыновьями Николаем и Борисом (канонизированы в 2000 г.), протоиерей Алексий Азиатский, епархиальный наблюдатель церковноприходских школ, служивший с 1910 г. в Казанском соборе, и, как полагают исследователи, граф Николай Фёдорович Гейден, бесследно пропавший в конце декабря 1918 г. – начале 1919 г. В соборе служились панихиды по погибшим от рук большевиков. В 1918 г. новым настоятелем собора стал протоирей Николай Маренин, а с 1920 г. – протоиерей Николай Чуков (впоследствии митр. Григорий). При нём в дом на Казанской улице, 4 было перенесено Богословско-пастырское училище. Митрополит Вениамин (Казанский) служил в 1919 г. в соборе на оба праздника Казанской иконы. На первом престольном празднике в числе сослужащих был будущий Патриарх Московский и всея Руси епископ Алексий (Симанский), на втором – будущий священномученик Симон (Шлеёв), епископ Охтинский. В 1922 г., во время кампании по изъятию церковных ценностей, был уничтожен серебряный иконостас храма и изъяты драгоценные предметы утвари (всего 129 пудов 37 фунтов 20 золотников серебра). 25 марта 1922 г. комиссия под председательством Константина Константиновича Романова признала, что Казанский собор имеет исключительное историко-художественное значение и подлежит охране. Экспертиза отдела по делам музеев Наркомпроса (Сергей Николаевич Тройницкий, Григорий Иванович Котов, Лев Александрович Ильин) пришла к заключению, что иконостас подлежит «оставлению на месте в целом и в частях как выдающийся памятник». Тем не менее, 3 мая губернская комиссия Помгола дала разрешение на снятие серебра с иконостаса. 13 мая председатель Петроградского Помгола Иван Петрович Бакаев распорядился немедленно демонтировать иконостас, несмотря на телеграмму заведующей Главмузеем Натальи Ивановной Троцкой-Седовой с информацией о том, что председатель ВЦИК Михаил Иванович Калинин распорядился «приостановить изъятие».