Первые десятилетия XX века богаты на имена и церковные сочинения. Органично сочетал церковно-певческий канон и авторскую индивидуальность Александр Гречанинов. Ему принадлежат несколько литургий, «Всенощное бдение» (1912), «Хвалите Бога» (1915), «Демественная литургия» (1917) и другие партитуры. Александр Кастальский в своих обработках древних распевов стремился к тому, чтобы «полифоническая ткань образовывалась из мелодического движения, обусловленного дыханием» (Б. В. Асафьев). Знаменный распев он использовал как тему, подлежащую развитию, создав знаменитые «Литургию» для женского хора (1905), «Пещное действо» для баса и смешанного хора (1909), «Братское поминовение» (1915) и многие другие сочинения. Огромный вклад в развитие церковной музыки внес Павел Чесноков — автор более 360 церковных сочинений: циклов и отдельных песнопений Литургии, Всенощной, Панихиды, 60 переложений со смешанного на однородный хор духовно-музыкальных сочинений современных ему авторов (1912). Он получил большую известность и как регент, а в 1940 году опубликовал монументальный труд «Хор и управление им». Его младший брат, Александр Чесноков, эмигрировавший в 1923 году и преподававший затем в Русской консерватории в Париже, тоже писал духовные сочинения. Самое крупное из них — выходящий за рамки православного канона реквием «Таинство смерти» (1929) для солистов, чтеца, хора декламаторов, хора, органа и симфонического оркестра на тексты византийского гимнографа VIII века преподобного Иоанна Дамаскина.
Много церковных опусов принадлежит Николаю Черепнину. Он был одной из ведущих фигур русского музыкального модерна. Органичное сочетание разных элементов, свойственное этому стилю, и определило «музыкальный декор» и некоторую мозаичность не только светских, но и духовных его сочинений («Благослови, душе моя, Господа», «Свете тихий» и «Богородице Дево», Шести неизменяемых песнопений Вечерни и др.).
Он сближает строгие церковные композиции с, казалось бы, очень далеким стилем — импрессионизмом, стремится достигнуть созерцательно-колористического эффекта, при этом в догматике «Всемирную славу», наоборот, в прозрачной хоровой фактуре гармонизует древний знаменный напев, а в Литургии (1908) — свободно варьирует знаменные попевки. Талантливый церковный композитор Константин Шведов вышел из синодальных певчих. О его «Литургии» (1913) один из ведущих музыкальных критиков Н. Кашкин писал Федору Шаляпину: «она… лучше всего, что в этом роде написано, не исключая сочинений Чайковского и Рахманинова».
Одна из вершин духовной музыки XX века — «Литургия» (1911) и «Всенощное бдение» (1915) Сергея Рахманинова. Ориентируясь на идеи Кастальского, композитор по-своему осмысливает религиозные тексты, создает на их основе масштабные композиции типа хоровой оратории в «напевно-полифоническом стиле» (термин Б. В. Асафьева), иногда даже симфонизируя традиционные жанры. Его циклы часто упрекали в нецерковности, современники называли их «композициями на церковный текст». Между тем во Всенощной Рахманинов свободно обращается с мелодиями знаменного, греческого, киевского распевов, варьирует их без нарушения своеобразия, а также создает оригинальные темы, трудно отличимые от обиходных. Он ищет баланс между православным церковным каноном и абсолютной творческой свободой. В вокальной музыке Рахманинов развивает особый жанр «духовной проповеди» («Воскрешение Лазаря», «Из Евангелия от Иоанна»), пишет знаменитую симфоническую фреску — поэму «Колокола», подытожив и увенчав развитие русского духовного ренессанса первых десятилетий XX века.