В 1910 году великая княгиня Елизавета Федоровна после посещения монастыря предложила устроить в подвале святое место с сенью и иконостасом на месте непосредственного обретения чудотворной иконы, а также подземный храм в честь Рождества Богородицы. Разработкой проекта занимался архитектор Алексей Щусев. Высоту подвала увеличили на один метр, расширили коридоры, оштукатурили стены и своды. Работы, приуроченные к 300-летию дома Романовых, были завершены в 1913 году. С тех пор подвальное помещение называют пещерным храмом, а иногда — Казанскими пещерами.