Po III rozbiorze szpital został zlikwidowany przez Rosjan, a w 1821 zamknięto kościół. W połowie XIX w. został on przeznaczony na cerkiew prawosławną (pod wezwaniem Zwiastowania Pańskiego). Przeprowadzona wówczas przebudowa bardzo mocno zmieniła architekturę kościoła. Po I wojnie światowej do kościoła powrócili katolicy, ale w 1945 r. został on ponownie zamknięty przez władze sowieckie. Wg wspomnień Vladasa Drėmy wnętrza kościoła zostały zniszczone na polecenie litewskiego architekta Jonasa Glemžy. W 1971 został odrestaurowany. Odtworzono wówczas gotycką absydę. Po odzyskaniu niepodległości przez Litwę świątynia została odzyskana przez Kościół katolicki. 18 kwietnia 2004 została rekonsekrowana przez metropolitę wileńskiego kard. A. Bačkisa.
Sanktuarium Miłosierdzia Bożego 28 września 2005 r. decyzją metropolity wileńskiego A. Bačkisa przeniesiono do kościoła św. Trójcy pierwszy obraz Miłosierdzia Bożego, namalowany w 1934 r. według osobistych wskazówek św. Faustyny, za sprawą której wyszło z Wilna w świat przesłanie Miłosierdzia Bożego.