Работы на Церкви Покрова от Пролома начались практически одновременно с работами на Покровской башне. Исследование церкви было начато в 1958 году, к 1963 году производство работ было завершено.

Основываясь на иконографическом материале XVI века Всеволод Петрович повторяет очертания церкви согласно приемам древнерусского зодчества: объединение общей звонницей двух стоящих рядом бесстолпных четвериков храмов Покрова и Рождества Богородицы. В 1961-63 гг. на основании архитектурно-археологического исследования памятника были проведены реставрационные и противоаварийные работы: памятник освобожден от поздних пристроек -  колокольни и притвора, построенных в XIX в. Разобрана единая четырехскатная кровля с декоративным барабаном и главою. По сохранившемуся перекрытию с основанием светового барабана церкви Покрова сооружено перекрытие с барабаном и главою церкви Рождества, где, в свою очередь, были найдены пяты сводов перекрытий. Восстановлены двухскатные крыши двух церквей и притворов по два щипца на восточном и западном фасадах и две на притворах. На западной стене двух четвериков была сооружена трехстолпная звонница. Главы покрыты деревянным лемехом, восстановлены тесовые кровли, установлены металлические кресты. Вся реставрация сделана на основании фактического исследования памятника в натуре и в соответствии с иконографическим материалом.

С церковью Покрова от Пролома связаны славные страницы истории нашего Отечества: победа над войсками Стефана Батория в 1581 г. Вместо с легендарной Покровской башней они образуют единый архитектурный ансамбль. Две церкви-близнецы - редкий прием в древнерусском культовом зодчестве. Ансамбль памятников архитектуры у Покровской башни имеет большое значение в организации градостроительной структуры города.

Церковь является объектом Всемирного наследия ЮНЕСКО.