С 1960 года Николо-Зарецкий храм охраняется как памятник истории и культуры федерального значения. Тем не менее в 60–80-х годах ХХ века в здании церкви размещался склад. В 1978 году в преддверии Московской Олимпиады в церкви были начаты реставрационные работы, в ходе которых наружные поверхности стен лишились большей части лепного убранства (остатки декора сохранились только на северном фасаде). Между 1982 и 1986 годами были снесены постройки в северной части – остались лишь два строения: церковь, по-прежнему служившая складом, и колокольня.
В 1994 году накануне двух связанных с Демидовыми юбилейных дат: 300-летия первого построенного ими металлургического завода и 250-летия со дня смерти А.Н. Демидова – возобновлены работы над проектом реставрации церкви. В 1996 году храм наспех отреставрировали к празднованию 850-летия первого упоминания Тулы в летописи и 340-летия со дня рождения Никиты Демидова. Результаты этой спешки и недостаточного финансирования проявились уже через год-два, когда со стен начала осыпаться штукатурка, цоколь местами обвалился, а с крыши слетали листы кровельного железа.
В 1999 году к празднованию 2000-летия Рождества Христова храм был передан Тульской епархии. 29 марта 2004 года на звонницу Николо-Зарецкой церкви подняли семь колоколов, изготовленных в Воронеже по технологии древнерусских мастеров. Также отреставрировали нижний храм с тремя приделами. В 2006 году освящен алтарь во имя апостола Андрея Первозванного, в 2007 году – во имя святых Царственных Страстотерпцев Николая, Александры, Ольги, Татианы, Марии, Анастасии и Алексия, а в 2008 году – главный алтарь во имя святителя Николая Чудотворца.
В 1996 году был открыт музей «Некрополь Демидовых» в одноэтажном жилом доме, построенном в конце 1920-х годов на территории церковного сада. При церкви действует воскресная школа.
Настоятель храма протоиерей Виктор Матвеев возглавляет отдел Тульской епархии по взаимодействию с Вооруженными Силами и правоохранительными учреждениями.