Страшна монголо-татарська навала хоча і зупинила функціонування Десятинної церкви, але пам`ять про неї серед побожних киян зберігалася. Це місце, хоч і було перетворене в руїни, але вважалось святим. В умовах чужої влади Православна Церква далі залишалась моральною силою і джерелом національної самобутності для українського народу, але не було вже ані князів, ані багатих бояр чи інших меценатів, які піднялись би на велике діло реставрації великої святині княжої Київської Держави.

Деякі дослідники вважають, що була спроба відродження храму під час князювання в Києві Олелька Володимировича та Симеона Олельковича , які щойно після нападу в ХV столітті татар не раз відбудовували Київ. Це були останні із тих князів, які прагнули відродити велич і славу Києва та відокремитись від Литви. Напевно пам`ять про велику православну святиню Київської Руси-України не згасала в серцях киян і як тільки траплялась нагода вони знову і знову її відновлювали. Жодне писемне джерело підтверджень наших думок не залишило.

Відродження ж Десятинної церкви відбулося тоді, коли явив Господь великого світильника для Української Церкви святителя Петра Могилу, який святим обов`язком вважав відновити славу і велич Києва - другого Єрусалима. Шлях до такого оновлення, як проголошував свого часу Захарія Копистенський, бачився через піднесення Києва - "трону митрополії". В яких категоріях це розуміли сучасники, бачимо з панегірика типографів Лаврської друкарні 1633 року новопоставленому митрополитові Петру Могилі: на нього чекають у Києві "руїни Софії" і київські "мури", що височать "от Ярослава".

Київський митрополит Петро Могила перш за все взявся за відродження поруйнованих храмів. Серед них була і Десятинна церква Успіня Богородиці.

В першій половині ХVІІ століття французький інженер Боплян описує руїни Десятинної церкви, зазначаючи, що стіни її були вкриті грецькими написами і досягали височини вже тільки 5-6 футів. Інший сучасник і сподвижник митрополита Петра Могили Сильвестр Косів зазначає, що за часів Могили від Десятинної церкви залишились властиво тільки руїни, і стоїть лише частина однієї стіни, що ледве виступає на поверхню.

Передання залишило нам розповідь проте, що Київський митрополит Петро Могила мав звичку відвідувати київські храми щосуботи, одного разу вирушив до місця Десятинної церкви, де на той час була невеличка каплиця, прибудована до вцілілої частини храму. Виходячи звідти, він побачив яму від землі, що запала; йому спало на думку зайнятися розкопкою цих місць. 

Як бачимо в цьому переданні згадується про існування невеликої каплиці ще до відродження храму митрополитом Петром Могилою. І це дійсно так. На початку ХVІІ століття в Києві поступово стала стверджуватись унія і на руїнах Десятинної церкви існувала уніатська церковця під назвою "Миколи Десятинного". 

Дослідник житія святителя Петра Могили Микола Костомаров зазначає, що антиуніатський бунт у Києві після прибуття Петра Могили на кафедру в 1632 році поряд із собором святої Софії повернув до Православної Церкви і дерев`яну церкву святого Миколая, яка була збудована на місці Десятинної. Отже, все таки, невеличкий, хай убогий, храм на місці розореної Десятинної церкви до приходу в Київ святителя Петра Могили існував.

Святитель Петро Могила, як колись Володимир Великий витративши чималі кошти, близько 1636 року Десятинну церкву Пресвятої Богородиці викопав і відкрив, як сказано, "денному світлу". Підкреслити саме таку паралель святителя Петра Могили з князем Володимиром Великим, де титул митрополита недвозначно ототожнений із титулом фундатора Просвітителя Русі, може епіграфічний напис про реставрацію Могилою у 1643-1644 рр. церкви Спаса на Берестовім: "Сию црков созда великий и всея России княз и самодержець Стый Владимир… обнови ся смиреннымъ Петром Могилою архіепископом Митрополитом Киевски(м) галицьким и всея России…". 

Подібне знаходимо і у "Тріоді", виданій у Львові 1642 року. В присвячені Петру Могилі говориться про відновлення св.. Софії в такому вигляді: "церковь св. Софии в богоспасаемом граде Киеве негдысь от святыя памяти княжати и самодержця всея России Ярослава сбудованою и на приклад всему свету выставленною, преосвященство ваше в руинах уже будучою знову реставровал и до першей оздобы коштом своим, старанием своим привел, а до того и внутрь розмаитыми иконами святых божиих и аппаратами церковными дивно приоздобил" 

При цьому в стародавній усипальниці Десятинної церкви митрополит Петро Могила відкрив дві стародавні гробниці. Кістки, які лежали в одній із них він визнав за останки святого князя Володимира Великого, а в другій за останки його дружини Анни. Про обставини цієї події у Лаврі існувало дві версії. Одна з цих версій була опублікована в "Кратком описании" Києво-Печерської лаври Київського митрополита Самуїла Мисливського. Поширений колоритніший опис знайдення мощей святого Володимира міститься в лаврському рукописі ХVІІІ століття, який зберігається в Інституті рукопису Національної бібліотеки ім. Вернадського.

Істинність цінної знахідки підтверджували древні герби та надписи на кам`яних плитах. Главу рівноапостольного Володимира митрополит відділив від частини мощей і передав в Печерську Лавру на спомин майбутнім поколінням. Згодом він також узяв частину правого передпліччя святого Володимира разом з щелепою. Інші ж рештки закопав, залишивши їх у спокої.

У 1639 році Могила передає щелепу, як подарунок, московському цареві Михайлу Федоровичу. У листі, що супроводжував реліквію, він просить царя пожертвувати на усипальницю, в якій зберігатиметься решта останків святого Володимира і яка перебуватиме в Софійському соборі. 

Планувалося, що перенесення мощей святого Володимира з Десятинної церкви до Софійського собору матиме місце у великодній тиждень наступного року, коли посланець Могили до царя повернеться в Київ й привезе з собою гробницю. Судячи з усього цар не вчинив жодної дії… В 1640 році святитель Петро Могила знову повторив прохання на яке відгукнувся цар і дав вказівку виготовити гробницю. Однак не має жодної інформації про закінчення цієї історії. Навряд чи церковні кола в Москві були в захваті від знайдення мощей і встановлення гробниці святого Володимира у "польському" місті Києві, адже це суперечило ідеології Московського царства.

Главу ж святого благовірного князя Володимира православні кияни благочестиво шанували. Як писав генерал Патрик Гордон в щоденнику 1685 року: "У день пам`яті великого князя Володимира, першого християнського князя в Росії, богослужіння було проведено в Нижньому місті, у Братському монастирі. Главу його (тобто в. кн.. Володимира) раніше, поки треба було боятися турків з процесією обносили біля Верхнього міста і замку, але за мирного часу цього не робили" 

Звідси можна думати, що існувало особливе шанування глави святого рівноапостольного князя Володимира, як захисниці Києва від набігів нечестивих поган. Святитель Димитрій Туптало, митрополит Ростовський в своїй праці "Летопись. Синопсис" кінця ХVІІ- поч. ХVІІІ століть зазначає, що: "Глава его покоится ныне в Киевской Печерской великой чудотворной лавре, в великой церкви Успения Пресвятой Богородицы, и предлагается к лобызанию ея в день памяти его всем и в прочие дни, когда кто пожелает". 

В "Кратком историческом описании Киево-Печерской Лавры и других святинь и достопримечательностей города Києва" професора протоієрея Федора Титова, яке було видане в 1911 році, згадується про те, що глава святого рівноапостольного князя Володимира спочиває в південній стіні головного приділу Великої церкви біля іконостасу в срібній раці. 

Через деякий час святитель на залишках Десятинного храму збудував невелику церкву, яка вже була освячена в 1654 році його сподвижником і наступником Київським митрополитом Сильвестром Косівим. Могилі не вдалося закінчити відбудову цієї святині, тому у своєму заповіті він зазначив: "На закінчення церкви, названої Десятинною, яку я почав реставрувати, щоб відновлення закінчено було, з моєї шкатули готових тисячу золотих призначую і записую". 

Московська військова залога, що прийшла до Києва 1654 року прибудувала до церковці трапезну і надбудувала другий дерев`яний поверх з церквою святих первоверховних апостолів Петра і Павла