Можливо, ці ж споруди згадував священик 1908 у розповіді про великий провал біля північно-західного рогу собору, що утворився за 50 або й більше років до того. На поч. 20 ст. безрезультатну спробу знайти й дослідити давні підземелля й заховану в них «бібліотеку Ярослава Мудрого» зробив Г. Стеллецький. Кілька підземних споруд обстежили 1916 О. Ертель і 1925 В. Ляскоронський. 1946 М. Каргер на території заповідника (на той час у межах садиби Софійського кафедрального монастиря, за виключенням митрополичого саду) виявив підземну споруду, яку, за аналогіями з подібними спорудами Десятинної церкви, визначив як давньоруський тайник-сховище. 1948 спеціально утворена комісія обстежила провал завглибшки 4,5 м за 37 м на північний схід від собору і встановила, що стався він на місці розгалуження двох галерей, досліджуваних О. Ертелем. 1970–78 обстеження й дослідження просідань і провалів ґрунту проводила експедиція Софійського заповідника під керівництвом І. Тоцької, було виявлено й накопичено значний архітектурно-археологічний матеріал.
1979–83 вивчення підземних споруд здійснював Т. Бобровський. В стінах підвального приміщення Трапезної (Теплої, або Малої Софії) він дослідив дві закладені склепінчасті ніші завширшки й заввишки понад 1,5 м та підземну галерею, що вела у бік собору. Підземні споруди Софійського кафедрального монастиря представлені сховищами-тайниками, галереями, льохами. До сховищ-тайників належить споруда, досліджена М. Каргером. Її точне місцезнаходження та архітектурно-археологічні характеристики невідомі. Ймовірно, вона мала колодязеподібну, прямокутну у плані форму (1,5–2,0 х 1,5– 2,0 м) і була викопана у материковому лесі на глибині понад 5,0 м. Біля рівня підлоги в стінах вириті підбої, ніші та камери. Такі сховища-тайники (на території монастиря їх могло бути декілька) призначалися для збереження церковних коштовностей у екстремальні періоди. Можливо, деякі з дослідженних об'єктів належать саме до цих споруд.
Галереї, прокладені на глибині від 4,0 до 7,0 м від сучасної денної поверхні, досліджені на північ та північний захід від собору, між собором, братським корпусом та келіями. Стіни та склепіння частково укріплені цегляним муруванням 17–18 ст. У стінах на поперечній осі (відносно проходу) або в шаховому порядку розташовано ніші. Окремі ділянки споруджено відкритим способом, переважну більшість – гірничою проходкою у лесовому ґрунті. У склепіннях галерей зафіксовано вентиляційні отвори та шахтоподібні «лази». В одному випадку простежено вихід галереї у підвальне приміщення будівлі, фундаменти якої досліджено 1925. На думку дослідників, ці споруди – залишки монастирських льохів 2- ї пол. 17 ст. й деякі з них являють собою реконструйовані в 17–18 ст. давні, можливо, давньоруські підземні галереї.
Розташування й архітектурні особливості ділянок, досліджених у 1916, 1925, 1948, 1977–78, свідчать про те, що це залишки однієї галереї – «ходу Ертеля». Аналогічні споруди досліджено 1972 у митрополичому саду біля південно-західного рогу будинку митрополита, 1973–76 поблизу східного фасаду братського корпусу. 1977–78, 1982 за 15,0 м на північний захід від провалу цієї галереї зафіксовано значне просідання ґрунту, яке, ймовірно, сталося над її відгалуженням. З'єднання галерей не простежено (перепад рівня їх долівок складає понад 2,0 м). Галереї, 17–18 ст. («хід Ертеля»). На північний захід від собору Святої Софії. Після обстеження провалу неподалік від будинку Києво-Софійського духовного училища О. Ертель встановив, що на глибині бл. 2,0 м від сучасної денної поверхні міститься цегляне склепіння підземного ходу. Дно провалу та підземелля було заповнено будівельним сміттям 17 ст., серед якого траплялися фрагменти давньоруської плінфи і шиферних плит. Підлога підземелля (материковий лесовий суглинок) у місці провалу була на глибині 4,0–4,5 м. Висота ходу, стіни й склепіння якого було обкладено цеглою, становила понад 2,0 м. Протягом 10,0–11,0 м в південно-західному напрямку від місця провалу галерея стрімко знижувалась. За 6,0–6,5 м від провалу прохід перекривав насипний ґрунт. Після розчищення виявлено невелику прямокутну камеру, з якої у північно-східному напрямку йшло відгалуження завдовжки до 13,0 м, що частково було обкладено цеглою й закінчувалося тупиковою нішею. В місці провалу зафіксовано замулене відгалуження, спрямоване у бік будинку Києво-Софійського духовного училища (1916 не досліджувалося). На деяких ділянках стіни галереї викладено з кам'яних брил, решта стін і склепіння, за винятком невеликого простінка та паза від одвірка, обкладено цеглою. Вис. галереї на першій ділянці 2,5 м, шир. понад 1,0 м. Склепіння коробове. У стінах галереї, трохи вище від рівня підлоги, у шаховому порядку розташовано ніші різних розмірів. На думку О. Ертеля, вони призначалися для зберігання винних або порохових діжок. Розміри камери в кінці галереї: 1,0 х 1,5 м. В її стінах були вузькі ніші, можливо, для свічок. У склепінні камери влаштовано вентиляційний отвір, обкладений цеглою і тинькований («лаз»).
На північний схід від камери йшла круто нахилена галерея завдовжки бл. 13,0 м й завширшки 0,9–1,2 м, дещо нижча за попередню, зі склепінням. Стіни й склепіння лише частково було обкладено цеглою. Галерея закінчувалася тупиковою нішею, в її стінах розташовувалося шість ніш (шир. 0,8 м, довж. 1,3–1,9 м, вис.1,2–1,5 м). В одній з них знайдено тайник, пограбований ще в давнину, на стіні іншої виявлено напис: «Викопани гроши року...». Над нішею у тупику простежено вентиляційний отвір. Під ним на підлозі знайдено фрагмент берести з написом (графіті, залите чорнилом): «Аще кто найде сей ходъ тотъ найде велій кладъ Ярославъ». Дослідник датував написи 17–18 ст., але вважав, що галерея мала давньоруське походження і первісно використовувалась як тайник, некрополь або фортифікаційний хід (входила в підземну фортифікаційну систему «міста Ярослава»). Під час досліджень 1948, 1977–78 розкопано вентиляційну шахту («лаз»), північне й східне відгалуження галереї. Північне відгалуження має сліди кількох перебудов (мурування стін та склепінь різночасове). Найдавнішою є ділянка на північ від перегородки галереї, мурована з кам'яних брил на глиняному розчині. Її інтерпретовано як залишки підвалу наземної дерев'яної будівлі. Другу частину відгалуження прокладено дещо пізніше, ймовірно, на поч. 17 ст. Підвал та прилегла до нього ділянка галереї засипані після зносу наземної споруди в кін. 17 ст. Згодом споруджено камеру з «лазом» (новим входом) і перегородку (на вапнянопіщаному розчині), яка стала торцевою стіною переобладнаного на господарський льох підземелля. Східне відгалуження (розчищено 8,0 м) обмуровано завдовжки 1,5–2,0 м. Його висота поступово зменшується (від 2,1 до 1,7 м). Станом на 1977 цей хід був майже повністю зруйнований (обвалений через надлишкову зволоженість лесу). На думку І. Тоцької, ця частина підземелля значно давніша за північну, а камеру з «лазом» вбудовано в давній ґрунтовий хід на межі 17–18 ст.
За 3,7 м на північний захід від камери з «лазом» 1978 досліджено ділянку підземної галереї (шир. 1,3 м) з частковим обмуруванням стін та нішами, орієнтовану з північного сходу на південний захід. Галерея становила одне ціле з вищеописаним комплексом. Зруйнована у кін 17 ст. І. Тоцька вважає, що саме ця споруда свідчить про існування в давнину поблизу собору спільної системи підземних ходів, пізніше переобладнаних на окремі господарські льохи. Спочатку всі споруди були ґрунтовими, на поч. 17 ст. їх частково обмурували цеглою на глиняному розчині. Надалі їх не раз ремонтували, у 18 ст. перебудовані на льохи (мурування на вапнянопіщаному розчині). У кін. 18 ст. підземелля були покинуті й далі руйнувалися під впливом природних та техногенних чинників.
Галерея, 17–18 ст. Виявлена 1973 за 15,0–16,0 м на схід від братського корпусу. Провал утворився на місці перетину двох перпендикулярно розташованих галерей. Досліджено галерею, орієнтовану з південного заходу на північний схід. Споруджена відкритим способом (у котловані, з наступним засипанням ґрунтом). Простежено залишки котловану й глиняного «замка» на зовнішній поверхні склепіння. На дві третини висоти, інколи й повністю, була заповнена землею та будівельним сміттям, в якому знайдені давньоруські та пізньосередньовічні матеріали. Галерея розташована на глибині 2,2 м від сучасної денної поверхні. Загальна довж. розчищеної частини становить 27,0 м. Глибина підошви у північносхідній частині 3,5 м, у південнозахідній – 7,0 м, шир. 1,4 м. Склепіння стрілчасте, обкладено червоною (5 х 15 х 30 см), рожевою (5,5 х 15,5 х 30,0 см) та жовтою (5,5 х 15,5 х 28,5 см) цеглою на вапняно-піщаному розчині. Внутрішня поверхня тинькована й побілена. Долівка земляна. За 2,0 м від місця провалу у північно-східному напрямку зафіксовано паз від одвірка. За 4,0 м цегляне мурування стін закінчилося й виявився давній провал, за яким необмурована галерея з дерев'яним кріпленням стін і стелі продовжувалась на схід та північний схід. Підлогу зафіксовано на глибині 3,4 м від сучасної денної поверхні.
На південно-західній ділянці в галереї добре збереглися цегляні стіни й склепіння завдовжки 6,0 м. Підлогу частково викладено цеглою. У стінах на висоті 0,3 м від підлоги зафіксовано чотири ніші (шир. та глибина бл. 1,0 м, вис. 1,2 м), стінки яких, крім торцевих, обкладено цеглою. Одна з ніш значно глибша й не повністю обмурована. На стінах іншої – сліди пізніших дорубок. Галерея поступово заглиблюється у південно-західному напрямку, цегляні стіни галереї збереглися лише фрагментарно, окремими блоками, в них фіксуються зруйновані ніші, в яких лише краї обкладено цеглою. За 6,0 м від провалу в склепінні галереї виявлено арковий уступ та вентиляційний канал. На думку І. Тоцької, галерею спочатку (до 17 ст.) викопано просто у лесі, нахил підземелля пов'язаний з рельєфом місцевості, напрямок – з можливим виходом у засипаний пізніше яр. У кін. 17 ст. південно-західну ділянку підземелля було частково обкладено цеглою. Арковий уступ у склепінні, на думку дослідниці, фіксує місце з'єднання печерної ділянки галереї з ділянкою, викопаною відкритим способом. На місці першого провалу, можливо, було обладнано вихід на поверхню. У 2-й пол. 18 ст. добудовано північно-східну ділянку підземелля, зроблено новий вихід на поверхню, а саму галерею переобладнано на господарський льох. У кін. 18 – на поч. 19 ст. споруду покинуто й, можливо, засипано.
Льох, 17 ст. На північ від собору. Обстежений 1925. У провалі, що стався на відстані 35,0 м від північної стіни собору, відкрито вхідну частину в підземну галерею, яка являла собою цегляний фундамент чотирикутної наземної споруди (6,0 х 7,0 м), з підвальним приміщенням на глибині до 2,5 м від сучасної денної поверхні. Перекриття дерев'яне, вхід східчастий зі східного боку. В південно-західному куті будівлі містився східчастий вхід у підземелля у вигляді галереї з нішами у стінах. Галерею біля входу обкладено цеглою. Напрямок галереї – з південного заходу на північний схід, вис. 2,06 м. Галерея має поворот, довж. першої ділянки 11.0 м, другої – 14,0 м. У заповненні знайдено давньоруські та пізньосередньовічні матеріали. Споруду названо льохом умовно, дослідник утримався від будь якої інтерпретації цієї пам'ятки, зазначивши, що необхідні дальші дослідження.
Льох, 17–18 ст. На південний захід від будинку митрополита, на території митрополичого саду. 1972 на глибині 4,1–5,5 м виявлено зруйновану обвалом підземну споруду. Відкрито цегляну стіну та рештки склепіння приміщення, орієнтованого з північного сходу на південний захід (простежено бл. 3.0 м). Мурування стіни та склепіння виконано з жовтої цегли (6,5 х 15,0 х 30,5 см) на вапняному розчині, внутрішню поверхню побілено. І. Тоцька висловила припущення, що мурування є стіною монастирського льоху, спорудженого на межі 17–18 ст. й позначеного на плані монастиря 1819. На її думку, льох збудовано відкритим способом: цегляні стіни й склепіння зведено у котловані. У 1-й пол. 19 ст. льох припинив своє функціонування й був засипаний.
Матеріали досліджень зберігаються в Інституті археології НАН України та в Національному заповіднику «Софія Київська» [1665].