Voir aussi Vitraux de la cathédrale, Cloches de la cathédrale, Paroisse Immaculée-Conception-de-la-Sainte-Vierge
En 1955, l'abbé Georges Panneton disait de la cathédrale:
"Nous l'admirons aujourd'hui en ses élégantes et harmonieuses proportions.
En dépit de son style gothique dépouillé qui lui donne une allure un peu sévère,
malgré son intérieur en bois déguisé en pierre et sa voûte surbaissée par raison
d'économie, qui nous font regretter l'élancement des monuments gothiques des
vieux pays, notre cathédrale /.../ fait la fierté des Trifluviens tout comme
l'admiration des visiteurs" (Chronique mariale, p. 16).
En juin 1961, Mgr Pelletier lança une grande campagne de souscription diocésaine de trois ans pour réaliser cinq projets majeurs dont la réfection complète de la cathédrale et la réparation des cloches, ainsi que la construction d'une annexe à l'évêché.
L'année suivante, l'autorité diocésaine abandonna le projet de construire une crypte pour les tombeaux des évêques dans la cathédrale et décida d'ériger plutôt un mausolée dans le cimetière Saint-Michel. Les travaux de réfection débutèrent en 1966, suivant des plans préparés par l'architecte Jean-Louis Caron. Trente-trois corps furent exhumés de la cathédrale et transportés dans le cimetière Saint-Michel. Parmi eux se trouvaient ceux des quatre premiers évêques de Trois-Rivières: Thomas Cooke, Louis-François Laflèche, François-Xavier Cloutier et Alfred-Odilon Comtois, qui furent déposés dans le nouveau mausolée.
Les travaux furent achevés en 1967: du béton armé remplaça toute la charpente de bois, à partir du plancher (recouvert de tuiles de céramique) jusqu'aux fondations. Le jubé d'orgue, surplombant la nef, fut supprimé afin d'améliorer la pureté du style gothique et dégager la verrière de façade. L'orgue lui-même fut enlevé pour éviter des coûts élevés de réparation. Les boiseries qui ornent le chœur, les stalles ou bancs du sanctuaire furent nettoyées, mais la chaire au-dessus de la nef fut transformée en un simple ambon placé dans le sanctuaire, et les anciens bancs de la nef remplacés par des bancs neufs. La chambre des bouilloires et le système de chauffage furent modernisés; le système électrique fut refait.
La cathédrale L'Assomption de Trois-Rivières fut entièrement repeinte en 1978 à la suite des dégâts causés le 23 décembre 1977 par un incendie qui avait pris naissance dans la toiture et qui avait rapidement été contrôlé. Enfin, de nouvelles orgues furent installées en 1992.
