Облицовка храма из бледно-желтого, хорошо поддающегося обработке известняка как бы сама собой подразумевала наличие резного декора, традиционного в древнерусском зодчестве. Эту работу Павел Иванович заказал уже известным к тому времени скульпторам А. П. Матвееву и С. Т. Коненкову. Резное убранство внешних стен, выполненное Матвеевым, было великолепным. На западном фронтоне церкви им было изображено монументальное «Преображение». 24 розетки с изображением святых – покровителей рода Харитоненко – украсили пилястры[5] у входа, многочисленные резные вставки были сделаны и на стенах храма. С. Т. Коненков, который по складу своей натуры избегал всякого общения с меценатством, тем не менее, Павлу Ивановичу не отказал и согласился выполнить мраморное распятие для южной стены храма. В 1913 году, находясь в Греции, он сделал эскиз будущего творения в гипсе и отправил его Харитоненко. А вскоре после возвращения на родину скульптор отправился в усадьбу. Вот что писал он об этой поездке: «Доехал с шиком. Мне предоставили отдельное купе. На близлежащем от имения полустанке меня ждал барский кучер. К вечеру прикатил в Натальевку. Лошади остановились возле дома, утопающего в цветущей сирени. Как только смолк стук копыт и тарахтенье колес, меня оглушили харьковские соловьи». Однако Коненкову слушать их пришлось недолго. Посмотрев работу мраморщиков, которые работали по его эскизу, он остался крайне недовольным воплощением своего замысла и сам заново исполнил весь двухметровый горельеф «Распятия». Надо сказать, что место для него было выбрано идеально: он расположен там, где стена храма и находящаяся рядом колокольня образуют полузамкнутое пространство. Отъединенность от внешнего мира, низкая каменная скамья возле распятия – все располагает к сосредоточенному созерцанию этого уникального творения мастера. Рядом с горельефом, на стене Коненков оставил свою подпись, дату создания творения и вытесал на мраморе на старославянском языке такой текст: «Той же явлен бысть за грехи наши и мучен бысть за беззакония наши наказания мира нашего на нем язвою Его мы исцелехом».
Над главным входом в церковь красовалась мозаика «Спас Вседержитель». Предполагается, что автором ее стал сам Н. К. Рерих. «Изюминками» оформления Натальевского храма были также средневековые рельефы, привезенные из Европы и вмонтированные в кладку стен, а также редкостный экспонат церковного интерьера – крест, вырубленный из камня около 900 лет тому назад.
Таким же прекрасным было и внутреннее убранство церкви. Яркие фрески ее интерьера были написаны петербургским художником объединения «Мир искусства» А. И. Савиновым. На три года этот талантливый живописец поселился в Натальевке, кропотливо работая над ними, возрождая старинную технику фрески, постигая, по его собственному признанию, «значение баланса масс, гармонию линий, место для цвета и значение его чередования, а во всем этом заложенный пафос». В результате им были созданы прекрасные композиции: «Рождество», «Крещение», «Жены-мироносицы», «Не рыдай мене, мати».
Спасская церковь стала не просто приусадебным храмом, но и своеобразным музеем древнерусской иконописи и старинной церковной утвари (лампады, ковры, кадила, плащаницы). Здесь находилось почти 200 произведений из уникальной коллекции икон XII–XVII веков, собранной П. И. Харитоненко, которая считалась третьей по значимости в России. Особую художественную ценность представляли девять икон деисусного чина новгородского письма XV–XVI веков. Общая стоимость всех выставленных икон составляла около 150 тысяч рублей, но их художественную и историческую ценность в деньгах определить невозможно.
Рядом со Спасской церковью была построена колокольня, которая соединялась с нею переходом и создавала как бы единый ансамбль. Колокольня имела совершенно необычную форму: словно восемь стволов деревьев взметнулись вверх и были увенчаны невысоким воинским шлемом. На возведение этого церковного ансамбля сахарозаводчик израсходовал свыше 350 тысяч рублей.