Між 1920-40рр. Софію майже не ремонтували - за вийнятком ремонту в західній частині арки, пошкодженої большевицьким гарматним стрільнем в 1918 р., та поточного абиякого ремонту даху.
В 1938 - 39 рр. в Богословському приділі була влаштована виставка архітектурних проектів архітектурних майстерень Української РСР. Для цієї виставки були перероблені вікна XVII ст. замальовано увесь церковний живопис, настелено нову підлогу і, в довершення цього, встановлено величезну, незграбну гіпсову статую Сталіна. Коли виносили тісними сходами до Богословського приділу великі підрамники з архітектурними проектами та частини статуї Сталіна, фрески XI стол. північнозахідної вежі дуже були подряпані.
В цей же час був перероблений і Успенський приділ під канцелярію музею, де також зафарбовано увесь стінний живопис, і в тому числі, прекрасний образ Успіння Божої Матері XVIII ст. Паркетна підлога у цьому приділі була наставлена на сировій, погано ізольованій основі. З цієї причини завелась грибкова цвіль, що повипинала місцями підлогу й стала загрозою для інших частин будови храму.
Преображенський і Вознесенський приділи (в обох вежах) перероблено на допоміжні музейні кімнати (кабінет, фотолабораторію тощо). Тут перебудовано стелю, зафарбовано стіни й зруйновано чудові бароккові іконостаси XVIII ст. Скрізь в цих перебудованих приміщеннях змуровано примітивні опалювальні груби з виводом бляшаних рур крізь вікна.
Приміщення архиєрейської бібліотеки і ризниці були використані для експонатів архітектурного музею (фотографії й рисунки храмів великокняжої України, уламки деталів з розібраних большевиками київських храмів XI-XII ст. тощо). В одному з цих приміщень (зі входом до нього безпосередньо з південнозахідньої вежі) уміщено мозаїки і фрески з розібраного Михайлівського (Дмитрівського) манастиря, щоправда не всі, бо мозаїчний образ св.Дмитра Солунського та декілька фресок вивезено до Третьяковської галерії у Москві