Большой Московский Собор 1666–1667 гг. принял решение о возведении Рязанской архиепископии в статус митрополии и создании в её составе двух епархий – Тамбовской и Воронежской. Необходимость учреждения Воронежской епархии подтвердил Московский Собор 1681–1682 гг. 2 апреля 1682 г. патриарх Иоаким возглавил хиротонию игумена Макариева Унженского монастыря Митрофана во епископа Воронежского. В 1684–1692 гг. в Воронеже был воздвигнут каменный кафедральный собор в честь Благовещения Пресвятой Богородицы; в 1696 г. царская грамота предписывала «на вечные времена» выдавать ежегодно собору пять пудов воску на свечи и 5 руб. на ладан и богослужебное вино. В 1694 г. появилось подворье Воронежской епархии в Москве. За время возглавления епархии Митрофаном было построено значительное число храмов, он занимался устройством монастырской жизни, был щедрым благотворителем, значительные средства отпускал на устройство «столов» для нищих, на «нужды нищеты Донской украйны». Арсений (Костюрин), хиротонисанный во архиепископа Воронежского и Елецкого, прибыл в Воронеж в январе 1705 г. При архиепископе Арсении (Костюрине) на подворье была построена деревянная церковь во имя апостолов Петра и Павла. В 1712 г. он освятил собор во имя апостолов Петра и Павла в Павловской крепости. Первым Воронежским архиереем в сане митрополита стал Пахомий (Шпаковский), хиротонисанный 25 апреля 1714 г. Митрополит Пахомий (Шпаковский) развернул большие строительные работы, прежде всего, обновляли пришедший в ветхость кафедральный Благовещенский собор, его реставрация продолжилась при епископе Льве (Юрлове). Епископ Лев (Юрлов) освятил в архиерейском доме храм в честь Казанской иконы Божьей Матери. Будучи сторонником реставрации допетровских порядков, епископ Лев (Юрлов) в феврале 1730 г. после получения рескрипта о восшествии на престол императрицы Анны Иоанновны не сразу начал поминать её на богослужении. 8 июня он был переведён на Астраханскую кафедру, вскоре арестован, лишён сана, расстрижен и отправлен в заточение на остров Кий в Белом море. Сменивший епископа Льва (Юрлова) на Воронежской кафедре епископ Иоаким (Струков) завершил в 1735 г. перестройку Благовещенского собора, много внимания уделял духовному образованию, при нём были организованы школы для детей церковнослужителей в Воронеже при архиерейском доме и в Острогожске.