Wówczas dopiero nadeszła upragniona zgoda ówczesnych władz guberni carskiej na postawienie przybudówki do istniejącego budynku. Wprawdzie oczekiwano pozwolenia na budowę nowego kościoła, ale w tamtych czasach i taka odpowiedź także była sukcesem. Następnie dzięki umiejętnie skrywanym pracom budowlanym udało się wznieść jako "przybudówkę" trzynawowy kościół z charakterystycznej czerwonej cegły. Jego poświęcenie udostępnienie nastąpiło dnia 14.09.1905 r. natomiast konsekracja dopiero w roku 1931.

Wymiary:
długość (zewn.)- 68,5 m
szerokość - 26,5 m (w krzyżu 35,5 m)
wysokość nawy głównej - 23,5 m
wysokość naw bocznych - 12 m
wysokość wież - 72,5 m
Starszy, biały kościół, stojący z lewej strony obecnej Fary ufundowany został przez Piotra Wiesiołowskiego młodszego. W czasach Jana Klemensa Branickiego dokonano jego przebudowy, dzięki której wnętrze uzyskało wystrój rokokowy. Szczególną uwagę zwracają osiemnastowieczne organy, a także pomnik Jana Klemensa Branickiego wystawiony w 1775 r. przez Izabelę Branicką.

1905 kiedy to ukaz tolerancyjny pozwolił na swobodniejsze wyznawanie wiary wzmogły się praktyki pobożnościowe ku czci Matki Najświętszej. Wówczas także wyruszyły pielgrzymki z Białegostoku. Odzyskanie niepodległości przez Polskę i koronacja Obrazu Matki Bożej Ostrobramskiej w 1927 r. przyczyniły się do jeszcze większego upowszechnienia czci do Matki Miłosierdzia.

Do Białegostoku kult Matki Bożej Miłosierdzia przeniósł Arcybiskup Metropolita Wileński Romuald Jałbrzykowski. Po wyjeździe z Wilna, do czego był zmuszony, osiadł w Białymstoku przy obecnej katedrze skąd kierował archidiecezją. W 1945 roku zapoczątkował on nowennę opieki Matki Boskiej Ostrobramskiej. Kolejni biskupi podtrzymali tą tradycję. Bp Henryk Gulbinowicz zorganizował w 1971 roku uroczystości 300-lecia kultu Matki Boskiej Ostrobramskiej, natomiast Bp Edward Kisiel z okazji 50-lecia koronacji Obrazu w Wilnie przygotował specjalną kaplicę w obecnej Bazylice, w której umieszczono wierną kopię Obrazu namalowaną w 1927 roku przez wileńską malarkę Łucję Bałzukiewicz. Poświęcenia Obrazu i kaplicy dokonał dnia 27 listopada 1977 roku kard. Karol Wojtyła, obecny Papież Jan Paweł II. Od tego czasu datuje się szczególny kult Matki Miłosierdzia w kościele Wniebowzięcia Najświętszej Maryi Panny. Kościół ten przez długie lata pełnił rolę prokatedry dla tej części archidiecezji wileńskiej, która pozostawała w granicach Polski. Natomiast od roku 1992 jest już katedrą archidiecezji białostockiej, która w 1985 roku została podniesiona przez Ojca Świętego Jana Pawła II do godności bazyliki mniejszej.
Arcybiskup metropolita bialosocki Edward Kisiel obrał Ostrobramską Matkę Miłosierdzia za patronkę arcybiskupstwa. On też wystąpił do Stolicy Apostolskiej z prośbą o koronację Wizerunku czczonego w katedrze. Następca arcybiskupa Edwarda, arcybiskup Stanisław Szymecki dokończył dzieło poprzednika. Po poświęceniu przez Jana Pawła II diademu dnia 12 marca 1996 roku, nastąpiła w Białymstoku na stopniach przed bazyliką uroczysta koronacja Wizerunku Matki. Stało się to w obecności 30 biskupów i ok. 100 tysięcy wiernych Miłosierdzia.