В советское время Казанская епархия, как и вся Русская Православная Церковь пережила тяжелые времена. Уже в 1918 году были расстреляны более 20 священников. Митрополит Кирилл (Смирнов), управлявший епархией только дважды, в 1920 и 1921 гг. смог побывать в Казани, проведя все остальные годы в тюрьмах и ссылках, вплоть до мученической смерти. Мученическую кончину приняли и все остальные архиереи, управлявшие епархией в 1918-1937 гг., кроме Афанасия (Малинина). В 1937 году епархиальное управление перестало существовать. В 1929 были закрыты все монастыри, в том же году начались массовые закрытия церквей и репрессии против духовенства. Всего в 1929- 1931 и в 1937-1938 гг. были расстреляны более 100 священнослужителей и монашествующих, более 700 осуждены к заключению в лагерях, жертвами репрессии стали многие сотни прихожан, выступавших против закрытия храмов. К 1939 году в Татарской АССР остались только 2 действующих храма, в Казани и Мензелинске. После 1938 года Казанской епархией управлял архиепископ Андрей (Комаров). В течение 10 лет кафедральным собором была единственная действовавшая в Казани церковь Ярославских чудотворцев (на Арском кладбище). Начиная с 1938 года и по настоящее время, епархия управлялась одним архиереем без викарных епископов. В годы Великой Отечественной войны верующие епархии пожертвовали значительные суммы на нужды армии. В 1947 году при архиепископе Гермогене (Кожине) кафедральным собором стал Николо-Покровский храм.
С 1944 года началось возрождение церковной жизни, к 1948 на территории Татарстана действовали около 40 приходов, было восстановлено и епархиальное управление. Среди послевоенных Казанских иерархов следует особо отметить очень почитавшегося верующими архиепископа Сергия (Королева), бывшего епископа Пражского, вернувшегося в 1950 году из эмиграции и занимавшего Казанскую кафедру в течение двух лет (1950-1952 гг.). Но в первой половине 1960 годов наступление властей на церковь возобновилось. В 1960 году архиепископ Иов (Кресович) был осужден по надуманному обвинению к 7 годам лишения свободы. Количество приходов сократилось до 15 в Татарстане и 8 в Марийской республике.
Другим уважаемым иерархом послевоенного периода стал архиепископ Михаил (Воскресенский) (1960-1975 гг.), известный тем, что вместе с еще шестью иерархами подписал в 1961 году известное письмо архиепископа Гермогена (Голубева) с требованием пересмотра Положения об Управлении Русской Православной Церкви (принятого под давлением светских властей) и проведения церковных реформ. Несмотря на тяжелейшие годы архиепископ Михаил не допустил закрытия ни одного храма епархии.
С 1975 по 1989 год епархией руководил епископ Пантелеимон (Митрюковский). При нем были зарегистрированы три прихода в крупных районных центрах. Появилась возможность проводить реставрационные работы в действующих храмах. К концу 1988 года в епархии действовали по Татарской АССР – 16 приходов, по Марийской АССР – 11 приходов.