7 września 1904 roku arcybiskup Józef Bilczewski podpisał umowę z lwowskim architektem-budowniczym Karolem Richtmanem-Rudniewskim i powierzył mu wykonanie robót budowlanych. Zastępcą technicznym został architekt Bronisław Bauer. Kierownikiem artystycznym wykonania projektu był sam Teodor Talowski, a kierownikiem technicznym budowy został architekt Jan Naworyta. 25 września 1904 roku arcybiskup J. Bilczewski poświęcił rozpoczęcie budowy, a dnia 15 października 1905 roku położył kamień węgielny i wmurował akt fundacyjny. Wszystkie te uroczystości odbywały się w obecności tysięcy ludzi. Budowa kościoła miała również podkreślić „polski i rzymskokatolicki charakter” Lwowa owego czasu, co niejednoznacznie było odbierane przez ukraińską część społeczeństwa. Mury kościoła zbudowano w 1908 roku. W latach 1908–1911 dachy kościoła pokryto miedzianą blachą, wykonano też elementy rzeźbiarskie pod kierownictwem rzeźbiarza Edmunda Pliszewskiego. W 1908 roku rzeźbiarz Tadeusz Błotnicki wykonał projekt i model figury św. Elżbiety, którą w 1911 roku wykonano w kamieniu i umieszczono na najwyższej wieży kościoła. Świętą przedstawiono jako młodą, urodziwą kobietę z koszykiem róż, zgodnie z wyobrażeniem wprowadzonym ok.