В конце XVIII в. Знаменский собор был перестроен в переходных формах от барокко к классицизму. Его облик зафиксирован на чертеже 1815 г. К четверику с полукруглой апсидой и четырёхпилястровыми фронтонными портиками на торцах с запада примыкали короткая трапезная и трёхъярусная колокольня. Четверик завершался глухим восьмериком с восьмилотковым куполом, прорезанным люкарнами. В конце 1814 г. архиепископ Курский и Белгородский Феоктист (Мочульский) доносил в Синод, что 27 ноября того же года в Знаменском соборе во время служения молебна в присутствии губернатора и других «губернских чиновников» «с правой стороны с заднего купола упала часть штукатурки». В результате обследования собора, которое провели архиепископ Феоктист и губернский архитектор П.К. Шмит, обнаружены трещины на своде трапезной, на стенах, а также на южной стороне храма под простенком между двумя окнами, что объяснили осадкой фундамента. Архимандрит Иоакинф инициировал возведение нового собора, который был заложен в 1815 г. в память о победе в Отечественной войне 1812 г. Руководил строительством архимандрит Палладий (Белевцев), бывший артиллерийский офицер. 13 января 1826 г. собор был освящён. К концу XIX в. в нём были приделы: святых Александра Невского и Митрофана Воронежского (южный); святителя Тихона Задонского и преподобного Серафима Саровского (северный); преподобного Сергия Радонежского (в трапезной); Сретения Господня; святителя Николая Чудотворца (на южных хорах, над трапезной). В январе 1826 г. в соборе был поставлен гроб с телом скончавшегося в Таганроге императора Александра I, отслужена панихида. Изначально это был центричный кубический пятиглавый собор с монументальным тамбурным куполом (пролёт 18 м, общая высота около 45 м, первоначальный полусферический купол заменён яйцевидным в советское время), четырьмя малыми куполами и полукруглой апсидой. Все купола выкрашены алюминиевой краской. С трёх сторон были шестиколонные коринфские портики под треугольными фронтонами. В 1826 г. с запада пристроили длинную трапезную с двумя парными колокольнями по образцу Троицкого собора Александро-Невской лавры в Санкт-Петербурге, придавшую зданию продольные очертания (в советское время колокольни были утрачены, в конце XX в. воссоздана одна: она поставлена не на прежнем месте, а примыкает к северному фасаду трапезной). Пристройка трапезной изменила образ собора. В результате он стал напоминать Андреевский собор в Кронштадте (1805–1817 гг.; не сохранился, архитектор Адреян Дмитриевич Захаров). В 1853–1854 гг. архитектор Николай Ильич Козловский застроил боковые колонные портики собора (в советское время портики восстановили в первозданном виде). Интерьер был украшен коринфскими полуколоннами, лепниной и живописью на религиозные сюжеты (художник Рукавицын). Низкий иконостас в ордерных формах был отлит в Петербурге из чугуна и позолочен. В середине XIX в. на обоих башнях Знаменского собора были установлены колокола общим весом 32 т. Особенно выделялся большой колокол, пожертвованный в 1866 г. белгородским купцом Николаем Ивановичем Чумичевым. Указом Синода от 8 июля 1833 г. был осуществлён перевод архиерейского дома и духовной консистории из уездного Белгорода в губернский Курск, в помещения монастыря, который стал третьеклассным.