По окончании ссылки Владыка возвращается в Ташкент, поселяется в домике на Учительской улице и служит в церкви Преподобного Сергия Радонежского.
6 мая 1930 году Владыку арестовывают по делу о смерти профессора медицинского факультета по кафедре физиологии Ивана Петровича Михайловского, застрелившегося во невменяемом состоянии. 15 мая 1931 года, после года тюремного заключения, был вынесен приговор (без суда): ссылка на три года в Архангельск.
В 1931-1933 годах Владыка Лука живет в Архангельске, ведет амбулаторный прием больных. Вера Михайловна Вальнева, у которой он жил, лечила больных самодельными мазями из почвы – катаплазмами. Владыку заинтересовал новый метод лечения, и он применил его в условиях больницы, куда устроил на работу Веру Михайловну. И в последующие годы проводил многочисленные исследования в этой области.
В ноябре 1933 года митрополит Сергий предложил Преосвященному Луке занять свободную епископскую кафедру. Однако предложение Владыка не принял.
Пробыв недолго в Крыму, Владыка возвратился в Архангельск, где принимал больных, но не оперировал.
Весной 1934 года Владыка Лука посещает Ташкент, затем переезжает в Андижан, оперирует, читает лекции. Здесь он заболевает лихорадкой папатачи, которая грозит потерей зрения, после неудачной операции он слепнет на один глаз. В этом же году, наконец, удается издать «Очерки гнойной хирургии». Он совершает церковные службы и руководит отделением ташкентского Института неотложной помощи.
13 декабря 1937 года – новый арест. В тюрьме Владыку допрашивают конвейером (13 суток без сна), с требованием подписать протоколы. Он объявляет голодовку (18 суток), протоколов не подписывает. Следует новая высылка в Сибирь. С 1937 года по 1941-й Владыка жил в селе Большая Мурта Красноярской области.
Началась Великая Отечественная война. В сентябре 1941 года Владыка был доставлен в Красноярск для работы в местном эвакопункте – здравоохранительном учреждении из десятков госпиталей, предназначенных для лечения раненых.
В 1943-м Преосвященный Лука становится архиепископом Красноярским. Через год его переводят в Тамбов архиепископом Тамбовским и Мичуринским. Там он продолжает медицинскую работу: на его попечении 150 госпиталей.
В 1945 году была отмечена пастырская и врачебная деятельность Владыки: он удостаивается права ношения бриллиантового креста на клобуке и награждается медалью «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.».
В феврале 1946 года архиепископ Тамбовский и Мичуринский Лука стал лауреатом Сталинской премии 1 степени за научную разработку новых хирургических методов лечения гнойных заболеваний и ранений, изложенных в научных трудах «Очерки гнойной хирургии» и «Поздние резекции при инфицированных огнестрельных ранениях суставов».