В 1932 году Спасо-Преображенский собор всё-таки закрыли.
Накануне прихожане тайком выносили церковную утварь, так были спасены Невьянский список с Верхнетагильской чудотворной иконы – сейчас он находится в Вознесенской церкви Невьянска, серебряные позолоченные богослужебные сосуды – в настоящее время они в ризнице Иоанно-Предтеченского кафедрального собора в Екатеринбурге.
В 1939 году по решению Президиума Невьянского горсовета от 26 мая «О расширении территории машиностроительного завода» здание собора было передано Невьянскому механическому заводу и в 1941-42 годах началась перестройка бывшего собора под производственный объект. Были сняты медные колокола, снесена колокольня; разобраны купола, сводчатые перекрытия и портики, примыкавшие к фасадам. Заложены кирпичом полукруглые окна верхнего света. Возведена новая кровля.
Большой собор был закрыт и обнесен забором. Стал вопрос: как демонтировать шпиль с большим крестом. Предлагалось зацепить тросом шпиль и сломать его тягой двух паровозов железной дороги, от этого ничего не получилось, паровозы буксовали и сломать его не могли. Тогда пошли иным путем: трос зацепили за фундамент стоящего около железной дороги дома и при помощи лебедки, постепенным натягом троса, шпиль был сорван и упал на землю. Все собравшиеся обратили внимание на крест, изготовленный из прочного дерева, покрытого позолоченной фольгой, который сверкал под лучами солнца. Вся эта операция проходила с таким расчетом, чтобы не привлечь большого внимания. В результате здание полностью утратило облик культового сооружения (от основного четверика сохранились только наружные стены на высоту 6 метров от цоколя, хорошо сохранился лишь объем трапезной с подвалом и пристроем над ним). В военные и послевоенные годы здесь находился цех готовой продукции военного назначения (ракет, снарядов) — цех №6.