В 1937–1943 гг. приходы Воронежской епархии подчинялись непосредственно Патриаршему Местоблюстителю митрополиту Сергию (Страгородскому). К 1 января 1917 г. в Воронежской епархии существовало 1128 храмов (16 соборных, 54 монастырских, 1014 приходских, 30 домовых, 14 кладбищенских), ещё 63 строились. В 1918 г. был освящён Свято-Владимирский собор в Воронеже. В 1919 и 1920 гг. в епархии было закрыто больше 150 церквей, больше 10% духовенства умерли во время эпидемии сыпного тифа, многие приходы лишились священников во время гражданской войны. К середине 1930 гг. в епархии действовали около 200 приходов, к 1 января 1939 г. – 16 храмов (из них три в Воронеже), в июне 1941 г. – два храма: в селе Терновом Острогожского района и в селе Лесное Уколово (ныне в Белгородской области). К февралю 1923 г. перешедший в обновленчество архиепископ Тихон (Васильевский) и его викарии совершили больше десятка «епископских хиротоний». После закрытия в 1929 г. Митрофанова монастыря, затем Смоленского собора кафедра обновленцев до 1940 г. находилась в воронежской Никольской церкви. После образования в 1928 г. Центральночернозёмной области обновленцы создали в её границах Воронежское областное митрополитанское церковное управление, включавшее 12 епархий: Борисоглебскую, Воронежскую, Елецкую, Козловскую, Моршанскую, Острогожскую, Россошанскую, Тамбовскую, Орловскую, Старооскольскую, Белгородскую и Курскую. Четыре последних диоцеза выделились из Воронежского областного митрополитанского церковного управления в 1934 г. После ареста в феврале 1936 г. обновленческого «митрополита» Александра Медведева воронежское обновленческое епархиальное управление практически прекратило существование. С 1935 г. по апрель 1940 г. были закрыты все обновленческие храмы (больше сотни), среди них – Никольский, последний из действовавших в Воронеже. В годы войны открылось больше 20 обновленческих приходов (в Россошанском, Новокалитвянском и Ольховатском районах). Однако после назначения в апреле 1942 г. Александром Ивановичем Введенским на Воронежскую кафедру «митрополита» Корнилия Попова Воронежский облисполком отказал ему в регистрации. Григорианский раскол проник в Воронеж в 1926 г., но не имел большого распространения. В 1927 г. григорианцам была передана Покровская церковь в Воронеже, а после её закрытия в 1930 г. – Спасская. В конце 1926 г. григорианские приходы на территории Воронежской губернии были объединены в епархию, которую возглавил бывший Уразовский епископ Митрофан (Русинов) с титулом «епископ Острогожский и Валуйский». В 1931 г. воронежских григорианцев возглавил Иероним, назвавшийся «епископом Воронежским и Задонским», вскоре его сменил «митрополит» Виссарион, в 1933–1937 гг. григорианскими приходами управлял «архиепископ» Евлогий. В 1930 и 1932 гг. в Воронеже прошли следствия по делам буевцев, обвинённых в создании «контрреволюционной церковно-монархической организации». В 1930 г. были задержаны 134 человека, обвинительный приговор вынесен 38, приговорены к расстрелу 11 человек. Среди расстрелянных 2 августа 1930 г. под Воронежем – мученики архимандрит Тихон (Кречков), иеромонахи Георгий (Пожаров) и Косма (Вязников), протоиерей Александр Николаевич Архангельский, иереи Георгий Никитин, Иван Георгиевич Стеблин-Каменский, Фёдор Михайлович Яковлев, миряне Пётр Михайлович Вязников и Григорий Иванович Богоявленский. В октябре 1932 г. были осуждены ещё 74 человека, среди них – 14 священнослужителей, 44 монаха и монахини, четыре «бродячих церковника».