W 1907 kościół, zachowujący dotąd cechy katolickiej architektury sakralnej, został przebudowany w stylu rosyjsko-bizantyńskim - wieże połączono murem i zbudowano na nich kopułę, zrzucono barokowe posągi świętych, z wnętrza usunięto barokowe freski, ołtarze i ambonę. Rozebrano również część zabudowań klasztornych.
W 1921, podobnie jak wiele innych obiektów w czasie zaborów odebranych katolikom na rzecz Rosyjskiego Kościoła Prawosławnego, został zrewindykowany na rzecz katolików. Karmelici ponownie zamieszkali w Wiśniowcu w 1931 roku i podjęli odbudowę i renowację świątyni. W 1939 roku kościół został zaatakowany przez Żydów.
Po rozpoczęciu rzezi wołyńskiej i czystki etnicznej w Małopolsce Wschodniej w klasztorze karmelitów schroniła się znaczna grupa Polaków. W 1943 budynek był kilkakrotnie atakowany przez oddziały UPA. W styczniu 1944, po wycofaniu się Niemców z Wiśniowca, w klasztorze nadal pozostawało 300-400 osób, mających nadzieję, że rychłe wejście Armii Czerwonej uniemożliwi UPA nowy atak. Jednak 12 lub ok. 20 lutego 1944 dzięki podstępowi (podawanie się za partyzantów radzieckich lub Polaków) grupa SB OUN (lub partyzanci UPA) wdarła się do budynku. W masakrze Polaków zginęło ok. 300 osób, w tym dwaj karmelici: przełożony klasztoru o. Józef Gleczman (imię zakonne Kamil) i br. Jan Lasoń (imię zakonne Cyprian)Ks.