Игумения Параскева столкнулась с множеством задач, и одной из главных стало строительство собора во имя Живоначальной Троицы. Хотя церковь святой Параскевы была перестроена и расширена, она оставалась слишком маленькой для растущей обители. Сестры очень хотели возвести новый храм, так как старая церковь была мала, а новые монастырские постройки скрывали её от глаз паломников. Однако средств для строительства не хватало. Монастырский совет решил постепенно готовиться к строительству и получил разрешение от Управления Государственных Имуществ на заготовку камня на горе Оби-кир, расположенной в пяти верстах от обители. Матушка игумения решилась начать строительство величественного храма. Владыка Мартиниан благословил это начинание, и 24 июля 1894 года с духовенством провёл торжественное освящение места и закладку нового храма.

Проект нового храма разработал архитектор Валентин Августович Фельдман. Планировалось построить его в чисто русском стиле XVII века, двухэтажным. На нижнем этаже должна была находиться церковь во имя святой Параскевы, усыпальницы и отопительные паровики. Верхний храм планировался трехпрестольным: главный престол во имя Святой Троицы, северный, Архистратига Михаила, южный, Успения Божией Матери. Верхний храм был рассчитан на 700 человек, а нижний на 200. Сметная стоимость собора составляла сто тысяч рублей.

Эта сумма была огромной для монастыря, и обитель не имела таких средств. Преосвященный Мартиниан обратился за помощью в строительстве к обер-прокурору Святейшего Синода К. П. Победоносцеву, который выделил из Медынцевского благотворительного капитала 3000 рублей. Граф Н. Ф. Гейден пожертвовал 9000 рублей в честь рождения дочери Марии. Помещик из Таврической губернии П. В. Попов добавил еще 5000 рублей. Благодаря этим крупным пожертвованиям строительство могло начаться, и были приглашены опытные строители. По договору с подрядчиком, строительство собора должно было длиться 10 лет и завершиться не позже 1905 года. Однако строительство не было завершено из-за войны, революции и закрытия монастыря. В 1929 году собор был взорван. В настоящее время собор в честь Живоначальной Троицы восстанавливается на старом фундаменте.