Девятого мая 1842 года горный начальник Златоустовских заводов Павел Петрович Аносов обратился с письмом к Преосвященному Иоанникию, Епископу Оренбургскому и Уфимскому:
Еще 13 декабря 1838 года попечители по постройке храма обратились к горному начальнику за разрешением заказать в Москве «резную работу с позолотою для трех иконостасов, а равно и самые иконы». Переписка по этому поводу шла с московским живописцем, художником Императорской академии художеств А. К. Малаховым, который намеревался сделать все работы по устройству иконостасов за 22500 рублей. Тут возникла проблема с финансами — собранных денег на устройство иконостасов и самые необходимые церковные принадлежности не хватало, поэтому горный начальник П. П. Аносов обратился с ходатайством о выделении на эти нужды 50 тысяч рублей к главному начальнику Уральских горных заводов генерал-лейтенанту В. А. Глинке. На что Владимир Андреевич Глинка 11 февраля 1839 года довольно язвительно отозвался, что он не решается ходатайствовать у Министра финансов (Горный департамент в описываемый период находился в составе этого министерства) об ассигновании значительной суммы на окончание строительства, «особенно потому, что прихожане, решаясь строить обширный храм, не просили
К осени 1840 года все строительные работы на Свято-Троицком соборе, которые продолжались шесть лет, были закончены. В это время в Златоусте по служебным надобностям был архитектор Уральского горного правления Михаил Павлович Малахов, создатель екатеринбургской архитектурной школы, в творчестве которого ярко проявились черты «уральского классицизма», автор многочисленных проектов, большинство из которых нашло воплощение в камне. Именно этого человека и попросил горный начальник П. П. Аносов освидетельствовать вновь построенный Свято-Троицкий собор. В Свидетельстве, подписанном 2 октября 1840 года Малаховым, в частности
В мае 1835 года на главной площади Златоуста состоялась торжественная закладка будущего Храма. В церемонии участвовали протоиерей Илья Попов, горный начальник Павел Аносов, попечители майор Павел Ахматов и гиттенфервалтер Скореньков, архитектор Федор Тележников. В последствие в Свято-Троицком соборе в особом ларце долгое время хранилась металлическая лопатка, на лицевой стороне которой была выгравирована следующая надпись: «Во имя Отца и Сына и Святаго Духа. Сею лопаткою заложен Собор во имя Святыя Неразделимыя и Единосущныя Троицы с двумя приделами Вознесения и Александру Невскому в Златоустовском заводе Мая 1835 года». На обороте же были выгравированы имена всех участвовавших в закладке лиц с указанием их служебного положения.
Впрочем, вернемся в год 1834-й. Получив 17 мая от архитектора Тележникова смету и чертежи, главная контора уже 22 мая в своем решении наметила первые шаги по строительству Храма: «Преосвященному Архиерею Оренбургскому и Уфимскому отправить подлинники чертежей для получения благословения на строительство Храма, копии чертежей и сметы представить главному начальнику горных заводов Уральского хребта и просить у него разрешения занять место для строительства на площади, Азееву и Сабурову выдать заверенную подписью горного начальника шнуровую книгу для записи собираемых средств и копию с плана и сметы для «предварительного приискания желающих к постройке храма». Златоустовской управе благочиния было поручено подыскать новое место, куда следовало бы перенести находящиеся на площади так называемые Тагильские лавки.
Тем же постановлением горного начальника от 16 апреля 1834 года избранным от общества было объявлено, что им разрешается открыть добровольную подписку среди жителей Златоустовского горного округа на сбор денежных средств. Мастеровые завода жертвовали на Храм определенную часть жалованья, к примеру, по 10 копеек с каждого заработанного рубля в продолжение 4 лет. Многие горные чиновники вносили единовременно значительные по тем временам суммы, скажем, управляющий Оружейной фабрикой Павел Ефимович Ахматов пожертвовал 300 рублей, управитель Златоустовского завода Иван Романович Лисенко — 150 рублей, бухгалтер Главной конторы Козьма
Приняв решение о строительстве нового храма, П. П. Аносов предписал архитектору Златоустовских заводов Федору Александровичу Тележникову незамедлительно составить план, фасад и смету на постройку нового храма и представить их в Главную контору. Через месяц архитектор составил всю необходимую, как бы мы сейчас сказали, проектную документацию на строительство собора: план, фасад, профиль и смету. Это был первый крупный проект 28-летнего Федора Тележникова, третий год «исправлявшего должность архитектора» Златоустовской Оружейной фабрики. Отцом молодого архитектора был известный на Урале художник-самородок, живописец А. Е. Тележников. Сам же Федор Александрович уже в 13 лет стал работать в цехе
Вернемся теперь вновь к прошению мастеровых Златоустовского завода. Вот что писали Азеев и Сабуров далее: «По сим уважениям общество мастеровых Златоустовского завода и Оружейной фабрики, движимое усердием к вере, осмелилось через нас довести до сведения Вашего Высокоблагородия желание свое построить новый гораздо обширнейший храм и просить начальственного вашего дозволения открыть добровольную на сооружение храма сего подписку от доброхотных дателей, с тем, что ежели признать изволите таковое намерение удобоисполнительным, то учинить зависящее распоряжение как о назначении приличного для построения вновь церкви места, так и о составлении плана, фасада и сметы для оной. Нынешнюю же церковь просим обратить,
История Свято-Троицкого собора началась 166 лет тому назад. Седьмого апреля 1834 года Нефед Азеев и Ларион Сабуров, избранные обществом мастеровых Златоустовского завода и Оружейной фабрики, подали прошение на имя горного начальника Златоустовских заводов Павла Петровича Аносова. Чем же решили обеспокоить мастеровые полковника Корпуса горных инженеров? В своем прошении Азеев и Сабуров писали: «Находящаяся в Златоустовском заводе Трех-Святительская церковь, построенная с весьма давнего времени, сделалась ныне по увеличивающемуся числу жителей, до такой степени невместительною, что большая часть народа в воскресные и праздничные дни должна слушать Божественную службу в преддверии и ограде храма. Отчего не только происходит справедливый ропот, но даже многие из мастеровых, по заблуждению своему, находят предлог вдаваться в различные расколы».