Вместе с тем, несмотря на неудачу стараний об учреждении на Руси церковной иерархии, святая Ольга, став христианкой, ревностно предавалась подвигам христианского благовестия среди язычников и церковного строительства: «требища бесовская сокруши и нача жити о Христе Иисусе». Она воздвигает храмы: Святителя Николая и Святой Софии в Киеве, Благовещения Пресвятой Богородицы – в Витебске, Святой Живоначальной Троицы – во Пскове. Псков с того времени называется в летописях Домом Святой Троицы. Храм, построенный Ольгой над рекой Великой, на месте, указанном ей, по свидетельству летописца, свыше «Лучом Трисиятельного Божества», простоял более полутора веков. В 1137 году святой князь Всеволод-Гавриил (ум. 1138, память 11/24 февраля) заменил деревянный храм каменным, который был перестроен, в свою очередь, в 1363 году и сменен наконец доныне существующим Троицким собором.
И другой важнейший памятник русского церковного зодчества связан с именем святой равноапостольной Ольги – храм Софии Премудрости Божией в Киеве, заложенный вскоре по возвращении ее из Царьграда и освященный 11 мая 960 года. Этот день отмечался впоследствии в Русской Церкви как особый церковный праздник. Главной святыней новосозданного Софийского храма стал Святой Крест, принесенный новой Еленой из Царьграда и полученный ею в благословение от Константинопольского Патриарха. Крест, по преданию, был вырезан из цельного куска Животворящего Древа Господня. На кресте была надпись: «Обновися Русская земля Святым Крестом, его же прияла Ольга, благоверная княгиня».
Святая Ольга много сделала для увековечения памяти первых русских исповедников имени Христова: над могилой Аскольда воздвигла Никольский храм, где, по некоторым сведениям, сама была впоследствии похоронена, над могилой Дира – вышеназванный Софийский собор, который, простояв полвека, сгорел в 1017 году. Ярослав Мудрый на этом месте построил позже, в 1050 году, церковь святой Ирины, а святыни Софийского Ольгина храма перенес в каменный храм того же имени – доныне стоящую Софию Киевскую, заложенную в 1017 году и освященную около 1030 года. В Прологе XIII века об Ольгином кресте сказано: «Иже ныне стоит в Киеве во Святой Софии в алтаре на правой стороне». Разграбление киевских святынь, продолженное после монголов литовцами, которым город достался в 1341 году, не пощадило и его. При Ягайле в период Люблинской унии, объединившей в 1384 году Польшу и Литву в одно государство, Ольгин крест был похищен из Софийского собора и вывезен католиками в Люблин. Дальнейшая судьба его неизвестна.
Но среди бояр и дружинников в Киеве нашлось немало людей, которые, возненавидели княгиню Ольгу. Ревнители языческой старины все смелее поднимали голову, с надеждой взирая на подраставшего Святослава, решительно отклонившего уговоры матери принять христианство и даже гневавшегося на нее за это. Нужно было спешить с задуманным делом Крещения Руси. В поисках решения святая Ольга обращает взоры на Запад, ведь тогда Церковь еще не была разделена.
Под 959 годом немецкий хронист записывает: «Пришли к королю послы Елены, королевы руссов, которая крещена в Константинополе, и просили посвятить для сего народа епископа и священников». Король Оттон, будущий основатель Германской империи, охотно откликнулся на просьбу Ольги, но повел дело не спеша. Когда в 962 году епископ Адальберт появился в Киеве, он «не успел ни в чем том, за чем был послан, и видел свои старания напрасными». Хуже того, на обратном пути «некоторые из его спутников были убиты, и сам епископ не избежал смертной опасности».
Оказалось, что за прошедшие два года в Киеве совершился окончательный переворот в пользу сторонников язычества и Русь вообще раздумала принимать христианство. Языческая реакция проявилась настолько сильно, что пострадали не только немецкие миссионеры, но и некоторые из киевских христиан, крестившихся с Ольгой в Царьграде. По приказу Святослава был убит племянник святой Ольги Глеб и разрушены некоторые построенные ею храмы.
Ольге оставалось смириться с происшедшим и полностью уйти в дела личного благочестия, предоставив бразды правления язычнику Святославу. С ней по-прежнему считались, к ее государственной мудрости неизменно обращались во всех трудных случаях. Когда Святослав отлучался из Киева, а он большую часть времени проводил в походах и войнах, управление государством вновь вручалось княгине-матери. Но вопрос о крещении Руси был временно отсрочен.
Она кротко переносила скорби и огорчения, старалась помогать сыну в государственных и военных заботах.
Дни ее были сочтены, труды и скорби подорвали ее силы. 11 июля (по ст. ст.) 969 года святая Ольга скончалась. Она запретила совершать над ней языческие тризны и завещала открыто похоронить ее по православному обряду. Пресвитер Григорий, который был с нею в 957 году в Константинополе, в точности выполнил ее завещание.