В 1902 г. по приглашению С.В. Смоленского переехал в Санкт-Петербург; до 1903 г. был помощником управляющего и инспектором регентского класса Придворной певческой капеллы, а в 1904–1906 гг. – помощником её начальника (Александра Дмитриевича Шереметева). После ухода в отставку изредка выступал как дирижёр симфонических концертов, руководил оркестровыми классами на музыкальных курсах Евгения Павловича Рапгофа. Н.С. Кленовскому принадлежит также музыка десяти «Хоров, написанных по случаю столетия Отечественной войны» на народные слова и на стихи русских поэтов (издано: М.: И.Д. Сытин; СПб.: Сельский вестник). Вкладом Н.С. Кленовского в русскую церковную музыку исследователи называют сочинине «Песнопения на Литургии св. Иоанна Златоуста грузинского (кахетинского) распева» (сочинение 1899 г.; издано: М.: П. Юргенсон, 1901 г.; церковнославянский и грузинский тексты). Одна из основных целей Н.С. Кленовского была в том, чтобы «грузинский распев получил возможность стать таким же достоянием Русской Православной Церкви, каким являются распевы болгарский, греческий и другие». История создания «Песнопений...» описана в предисловии к изданию, датированном 25 мая 1899 г. В их основу была положена рукопись грузинской обедни с типичным мужским составом хора (два тенора и бас), предоставленная Христофором Николаевичем Гроздовым, тогда директором народных училищ Тифлисской губернии. Запись была сделана ещё в 1840 гг. знатоком грузинской музыки А.Е. Мревловым (Мревлишвили) с голоса настоятеля монастыря Шуамта архимандрита Софрония (Макаева), который заботился о сохранении древнего пения. Используя подлинную мелодию, Н.С. Кленовский желал «избегнуть гармонической жёсткости и угловатости, столь часто встречаемой при гармонизациях мелодий в ладах, непривычных ещё для нашего уха, воспитанного на европейской музыке». По мнению исследователей, этот художественный компромисс был типичным для русской церковной музыки начала ХХ в., но именно он и стал предметом оживлённого обсуждения в «Русской музыкальной газете» в связи с изданием «Песнопений...». Николай Иванович Компанейский и Дмитрий Игнатьевич Аракишвили (Аракчиев) считали недостатком произведения Н.С. Кленовского игнорирование ладовых особенностей грузинских напевов, специфического многоголосия. В защиту Н.С. Кленовского выступили А.А. Гроздова (дочь А.Е. Мревлова и жена Х.Н. Гроздова) и Александр Дмитриевич Кастальский, по мнению которых Н.С. Кленовский сохранил дух и характер грузинской народной гармонии, особенно в каденциях. Обработки Н.С. Кленовского имели успех у церковных хоров ещё до публикации: в частности, по литографской копии с рукописи, сделанной С.В. Смоленским, их исполняли в Успенском соборе Московского Кремля (хранится в Научно-музыкальной библиотеке имени Сергея Ивановича Танеева при Москоуской государственной консерватории имени П.И. Чайковского). Обратившись к «экзотическому» пласту мелодических источников, Н.С. Кленовский открыл новый путь в развитии русской церковной музыки.