Podczas powstania warszawskiego została doszczętnie zniszczona wraz z całą Starówką. Od 24 do 31 sierpnia broniły jej oddziały batalionu „Gustaw”, w tym patrol sanitarny „Ewa–Maria”, który ze względu na niemożność opanowania pożaru cerkwi opuścił ją i ewakuował się kanałami. Podczas bombardowania w gruzach domu proboszcza zginął wikariusz parafii Świętej Trójcy ks. Jerzy Łotocki wraz z żoną, synem i teściową. Ostatni proboszcz parafii Świętej Trójcy, ks. Aleksander Subbotin, wyjechał w 1945 do ZSRR. Aresztowany w Odessie, został zamordowany przez NKWD.
Po wojnie pocerkiewna posesja wraz z ruinami świątyni została mimo zabiegów Cerkwi prawosławnej upaństwowiona. Odbudowano frontową kamienicę, którą przeznaczono na cele mieszkalne i usługowe, natomiast gruzy kaplicy w podwórzu zniwelowano. W 1998 Cerkiew prawosławna w Polsce podjęła starania o zwrot posesji i znajdującego się na niej budynku. Starostwo warszawskie przekazało Kościołowi Prawosławnemu posesję i kamienicę przy ulicy Podwale 5 z dniem 1 marca 2002. Na parterze kamienicy urządzono ponownie cerkiew. Nowy ikonostas powstał w Bielsku Podlaskim, a ikony przygotowali studenci bielskiego Policealnego Studium Ikonograficznego. 25 listopada 2002 nastąpiło uroczyste poświęcenie.
W latach 2002–2012 świątynia pełniła funkcję cerkwi akademickiej.