В XIX веке церковь подверглась перестройке. Все сооружение снаружи и внутри обшили тесом, переделали потолки, главку, разобрали крыльцо, ликвидировали стену, отделявшую церковь от трапезной, расширили почти все оконные и дверные проемы. Со всех четырех сторон постройку опоясала глухая галерея на столбах с дощатой обшивкой, а над западной частью соорудили еще небольшую звонницу с четырехскатной крышей. Памятник оказался как бы в футляре позднейших наслоений. Его архитектура изменилась до неузнаваемости.
Со временем примитивная конструкция галереи стала разрушаться, и за нею открылась древняя основа строения. Но памятник из-за плохой кровли настолько обветшал, что была опасность полной его утраты. Рушившиеся части поздних обстроек наносили повреждения срубу. Только перевозка Никольской церкви на территорию музея предотвратила ее разрушение.
В настоящее время церковь полностью реставрирована в формах XVII - XVIII веков. Она представляет собой небольшую клетскую постройку, образованную тремя квадратными в плане срубами, расположенными по продольной оси: малый сруб - алтарь, средний - собственно церковь и большой - трапезная. Трапезная и алтарь примерно одинаковы по высоте, имеют повалы и перекрыты простейшими двухскатными крышами. Средний сруб - собственно церковь - намного выше трапезной и алтаря. Примерно на девятиметровой высоте на него поставлен другой сруб, суженный с боков и увенчанный такой же двухскатной кровлей, но более высокой и крутой. С севера и юга в месте перехода одного сруба в другой устроены небольшие кровельки - полицы.
За счет ступенчатости разновеликих объемов и резкого выделения центрального из них скромная постройка приобрела монументальность. Заметное сужение стен центрального сруба кверху и наклон их к вертикальной оси, использование тонких бревен в верхних частях по сравнению с более толстыми в нижних сообщают памятнику одновременно и устойчивость и легкость. Ряд двухскатных кровель, различных по крутизне и площади, расположенных ступенчато, начиная с крыльца и кончая центральным срубом, создает нарядный и живописный силуэт церкви, меняющийся при разных точках обозрения. А в целом архитектура памятника проста и непритязательна. Он украшен лишь резными столбами крыльца, резными концами теса да причелинами, восстановленными по подлинным, хотя и не первоначальным образцам. Для покрытия главки использован осиновый лемех, изготовленный по образцу старых лемеховых пластин, обнаруженных при разборке церкви в строительном мусоре.
Никольская церковь из деревни Тухоля (после реставрации)