В 1880 г. был проведен капитальный ремонт старого дома церкви: укреплен фундамент, который «рассыпался», и укреплены стены в верхних частях железными полосами. А 26 сентября 1882 г. на совете церкви впервые обсуждается вопрос о необходимости построения нового храма.
Католический кафедральный собор Успения Пресвятой Девы Марии был построен в 1887-92 гг. по проекту харьковского городского инженера Б. Михайловского. Здание базиликального типа имеет высокую готическую колокольню со шпилем и круглым окном-розеткой во втором ярусе.Но в ходе строительства в проект несколько раз были внесены изменения. 1887 г. был разработан дополнительный проект к утвержденному в октябре 1886 г. В нем предусматривалось устройство смешанного из железа и кирпича свода, увеличение размеров часовня и ризницы, устройство в боковых навах двух алтарей. Этот проект был утвержден в феврале 1887 г.