Согласно указу Харьковской Духовной Консистории, старый больничный храм, представлявший собой небольшую комнату, был упразднен. В этом помещении, где сейчас находится швейная мастерская для душевнобольных, было настолько тесно и некомфортно, что при большом скоплении людей там становилось трудно дышать. Многие больные не выдерживали духоты и падали в обморок, поэтому посещение храма для них организовывалось по очереди. Вопрос о строительстве нового, более просторного и гигиеничного храма был крайне актуален. Отец Г. Беляев неоднократно обращался к властям с просьбой решить эту проблему, но обсуждения на земских собраниях не приводили к конкретным действиям.

Первым, кто предпринял реальные шаги к строительству нового храма, стал член Губернской Управы Леонид Дмитриевич Лесевицкий. Он, будучи близок к больнице и зная о нуждах больничной церкви, в 1900 году предложил создать фонд в размере 10,000 рублей на строительство нового храма, откладывая по 1,000 рублей ежегодно в течение 10 лет. Лесевицкий настойчиво защищал это предложение, и надежда на строительство нового храма начала воплощаться в жизнь.

Быстрый рост больницы и большое количество больных, нуждающихся в духовной поддержке, побудили церковный причт обратиться к Губернской Управе с просьбой ускорить строительство храма. Однако, несмотря на поддержку Управы, правительство отказало в помощи, и надежды на скорое строительство начали угасать. В 1904 году причт вновь обратился с просьбой выделить 12,000 рублей на строительство нового храма, и благодаря поддержке председателя Управы Василия Григорьевича Колокольцева, Губернское Земское Собрание согласилось выделить необходимую сумму.

Строительство нового храма началось весной 1905 года по проекту Михаила Ивановича Ловцова, который руководил работами с особой заботой. Однако выделенных средств оказалось недостаточно, и храм был завершен лишь частично. В 1906 году причт попросил выделить дополнительные средства на завершение строительства, и в итоге Губернское Собрание ассигновало необходимую сумму. Строительство храма было завершено к 23 ноября 1907 года.

22 ноября 1907 года в 6 часов вечера при большом скоплении верующих настоятель церкви о. М. Слуцкий провел первое всенощное бдение. На следующий день, 23 ноября, новый храм был торжественно освящен Архиепископом Харьковским и Ахтырским Арсением. После освящения была совершена первая Литургия, на которой Архипастырь обратился к присутствующим с проникновенной речью. В конце богослужения были провозглашены многолетия Императору, Святейшему Синоду и строителям храма. На церемонии присутствовали Губернский Предводитель Дворянства Н.А. Ребиндер, другие почетные гости, врачи и множество больных и служащих.