Сведения о соборах за военный период 1941—1945 гг. более чем скудны. Сообщается об укреплении более 100 икон в мастерских Третьяковской галереи, в том числе из Успенского собора. Вновь и вновь поднимался вопрос о необходимости провести отопление, вентиляцию и электроосвещение в со Лишь в 1946 г. начались систематические работы по укреплению икон и фресок в соборе. В комиссию по реставрации живописи вошли такие выдающиеся ученые и художники, как И.Э. Грабарь (ее председатель), М.В. Алпатов, В.Н. Лазарев, Г.В. Жидков, П.Д. Корин. Были составлены планы реставрационных росписей Успенского собора, которая была поручена организованной в конце 1944 г. Центральной художественно-реставрационной мастерской Комитета по делам искусств при Совете Министров СССР. Эту работу выполнила специально приглашенная группа художников-палешан, работавших непосредственным наблюдением П.Д. Корина и при научных консультациях Н.Е. Мневой и Н.А. Деминой. Живопись на южном и восточном фасадах, оказавшуюся в лучшей сохранности, было решено оставить, а почти утраченную живопись над западным порталом и на северной стене восстановить на основе сохранившейся графьи и фотоснимков 1895 г.
Обследование стенописи в интерьере собора показало, что центральном барабане пробоина (1917) не была оштукатурена, часть росписей была расчищена и вновь записана в 1914-1917 гг. (северный неф). В южном нефе закончены главы и своды, а на стене и столбах живопись была лишь расчищена. Там все еще стояли леса, поставленные более сорока лет назад. Сводов центрального нефа и главного алтаря реставрация не коснулась вовсе. Состояние живописи было плачевным: красочный слой осыпался, были видны потеки от влаги, плесени и емчуги. Комиссия приняла решение провести только консервационные работы, при которых вся поверхность настенной живописи была укреплена, промыта и приведена в экспозиционный вид. Одновременно был поставлен вопрос о необходимости восстановить отопление и электроосвещение в соборе, что было сделано лишь в 1949-1950 гг.
С середины 50-х гг. ситуация в стране постепенно начинает изменяться к лучшему, что сказывается, в частности, и на отношении к кремлевским памятникам. В 1954 г. после долгого перерыва организуются экскурсии в только что отреставрированные Успенский (экскурсовод Н.В. Гордеев) и Благовещенский (экскурсовод Е.И. Сергеева) соборы, а с 20 июня 1955 г. Кремль открывается для свободного доступа посетителей. Это важнейшее событие вызвало необходимость издания целого ряда книг и путеводителей по памятникам Кремля. Однако подлинное возрождение соборов Кремля, в том числе и Успенского, и превращение их в настоящие музейные комплексы началось лишь после передачи музеев в ведение Министерства культуры СССР в феврале 1960 г. С 1960-х гг. в Успенском соборе начинают проводится систематические работы по реставрации монументальной и станковой живописи, которые продолжаются до середины 80-х гг. Осуществляются они силами Центральных научно-реставрационных мастерских, преобразованных в 1967 г. во Всесоюзный изводственный научно-реставрационный комбинат (ВПНРК), с 1981 г. переименованный во Всесоюзное объединение "Союзреставрация". В 1959 г. туда переходит на работу бывший в 1948 г. в штате музея и курировавший все работы по живописи художник-реставратор ГС. Батхель, с именем которого связано открытие многих древних памятников живописи Успенского собора.
Одновременно с работами по реставрации живописи с 1962 г. начало осуществляться и комплексное архитектурно-археологическое исследование Успенского собора. Впервые оно включало натурное исследование памятника в столь полном объеме: от исследования древних фундаментов и остатков кладки зданий 1326 и 1472—1474 гг. и предполагаемой постройки конца XIII века до выяснения технического состояния его конструкций, фундаментов, металлических связей. В программу включалось и изучение по материалам письменных источников и результатам обследований причин засоленности каменной кладки, разрушавшей поверхность стен и нижнюю часть росписей, причин возникновения конденсата на сводах, в барабанах глав и оконных проемах. Ставилось целью регулирование параметров температурно-влажностного режима в интерьере собора, что должно было способствовать лучшей сохранности памятников живописи и прикладного искусства в соборе и созданию нормальных условий экспозиционного использования памятника. Результаты этих исследований легли в основу проектных заданий для проводившейся в соборе с 1974 по 1985 г. капитальной реставрации.
Проводившиеся в 1960—1970-х гг. архитектурно-археологические исследования памятника в подпольном пространстве, а также продолжавшее, начатое еще в 1912—1913 гг. археологом С.С. Закатовым обследование в северной части Соборной площади дало богатый материал для уточнения древней топографии московского поселения XII—XIV вв., с культовым центром и кладбищем при нем, появившимся задолго до строительства собора Ивана Калиты, уточнить историю ранних этапов архитектурной истории Успенского собора.
В 1962 г. был восстановлен отдел памятников Кремля, в который вошли пять научных сотрудников-хранителей, а возглавляла его в качестве исполняющей обязанности заведующего О.В. Зонова. Первым материально ответственным хранителем Успенского собора стала Н.И. Лаптева (Румянцева), позже на посту, сменяя друг друга, последовательно трудились Т.Б. Ухова, ставшая затем заведующим отделом, И.Я. Качалова (с 1968 по 1974 гг.), Т.В. Толстая (с 1974 по 1985 гг.) и, наконец, Е.Я. Осташенко. Продолжалась и экспозиционная работа в соборе. Еще в 1962 г. сотрудники приступили к написанию методических разработок для экскурсоведения по соборам, автором текста по Успенскому собору была О.В. Зонова (в 1971 г. вышло его второе дополненное издание). В 1964 г. начали создавать тематико-экспозиционные планы по Успенскому и Архангельскому соборам, однако из-за продолжающихся в Успенском соборе реставрационных работ, потребовавших даже его временного закрытия в 1966—1968 и в 1977—1980 гг. этим планам еще долгие годы не суждено было осуществиться. Все это время, когда собор открывался для посетителей, в нем создавались лишь временные экспозиции, которые развешивались на холщовых щитах, ограждавших леса и стены собора и перемещавшихся в зависимости от переноса лесов.
Десятилетие с середины 70-х до середины 80-х годов было ознаменовано новым этапом широкомасштабных работ по реставрации и технической реконструкц собора. Им предшествовало комплексное исследование памятника на основе программы, утвержденной Ученым советом Музеев Кремля еще в сентябре 1964 г. Оно предусматривало выяснение технического состояния ограждающих конструкций здания, его фундаментов, сводов, подпружных арок и связей, а также причин, вызывающих повышенную влажность и засоленность кладки,что вызывает повреждение и разрушение стенописи в соборе. Особой проблемой было выяснение причин конденсата на сводах и в оконных проемах, которые являлись иногда причиной выпадения осадков в интерьере собора и разрушения обмазки оконных блоков, а также установление необходимых и стабильных параметров температурно-влажностного режима. В течение 1974-1976 гг. была проведена цементация фундамента по периметру здания и у восточных пилонов для предотвращения его осадки. Ослабевшие, а местами лопнувшие древние металлические связи были укреплены одиннадцатью тросами из высокопрочной стали. Одновременно была проведена консервация остатков древних каменных кладок в археологических шурфах. Металлические оконные блоки, установленные в начале 60-х гг., были заменены дублированными с герметичными стеклопакетами, а в западном тамбуре сделана тепловая завеса,что прекратило выпадение конденсата. Новая система кондиционирования воздуха обеспечила поддержание стабильных параметров температуры и влажности в соборе, необходимых для создания оптимальных условий сохранения памятников в его интерьере. В те же годы была перекрыта кровля собора медными листами, а главы, покрытые прочной гальванической позолотой еще в конце XIX столетия, вычинены и оставлены без изменений.
В 1980 г. основной объем ремонтно-реставрационных работ был завершен и собор был открыт на время проведения Олимпиады. Однако из-за последовавшей за реставрацией соборов реставрации Оружейной палаты и Успенской, звонницы, в которой располагались фонды серебра и библиотека, эти фонды были временно (на два года) размещены в Успенском соборе и Мироваренной палате, и собор был вновь закрыт. Лишь в 1983 г. возобновился доступ посетителей в собор, хотя реставрация стенописи в его алтарных помещениях продолжалась еще в 1984-1986 гг. (главный алтарь) и в 1994-1995 гг. (в Похвальском приделе), а окончательное завершение экспозиция собора получила, лишь в 1995 г.
В 1979 г. был торжественно отмечен 500-летний юбилей Успенского собора, хотя сам памятник был еще в лесах и недоступен для посетителей. К юбилею был выпущен альбом и проведена конференция, по материалам которой позже опубликован сборник статей.
Наконец, завершающей в XX веке страницей в истории Успенского собора, прошедшего столетний путь реставрации, обретений и утрат, пережившей периоды упадка и возрождения, стало совмещение в нем двух функций — музея и храма. Начиная с августа 1991 г. в нем возобновились праздничные богослужения, причем достигнутым между Патриархией, Министерством культуры РФ и Музеем соглашением Успенский собор сохраняет статус музея, все в нем остается неприкосновенным, а сотрудники музея и служители церкви совместно прилагают усилия к тому, чтобы Успенский собор — эта подлинная сокровищница культуры жил в веках.
