В воскресенье 27 июля 1555 года святитель Гурий с игуменом Пешношским Варсонофием и игуменом Успенского Старицкого монастыря Германом прибыли в Казань. С крестами и хоругвями были встречены они в Казанском Благовещенском соборе местным духовенством и населением. Вместе со святым Варсонофием в Казань прибыли иноки, постриженики Пешноши: Тихон, Феодорит, Иов, Андроник, Сильвестр, а также инок Андроникова монастыря Симеон. Уже в следующем 1556 году преподобный Варсонофий исполнил возложенное на него поручение и устроил Преображенский монастырь в Казанском Кремле. Им был освящен первый каменный теплый храм в монастыре во имя святителя Николая Ратного, а впоследствии — и главный храм в честь Преображения Господня. В уставе монастыря, написанном самим архимандритом Варсонофием, он называет себя в приписке «многогрешным чернецом, что был игуменом на Песноши». Тайно от всех он продолжал носить вериги для изнурения плоти. Монастырь в скором времени сделался средоточием духовной жизни бывшей татарской столицы. Через несколько лет число иноков в нем доходило до ста человек. По воле святителя Гурия, к которому сохранял он полное послушание и сыновнюю любовь, ревностно занимался он обращением магометан к вере христианской. Знание татарского языка позволяло ему входить в близкое сношение с татарами, а основательное знание учения Магометова, при его глубоком уме, делало обличения его магометанству неотразимыми. Уменье лечить болезни привлекало к нему больных всякого рода, тогда как болезнь сама располагает душу для всего лучшего и, следовательно, для принятия учения христианского. 2 декабря 1563 года святой Варсонофий постриг в великую схиму, а 4 декабря предал погребению своего ближайшего друга и наставника святителя Гурия, архиепископа Казанского (память 4/17 декабря). По смерти епископа Тверского Акакия († 1567) святитель Филипп, митрополит Московский, вызвал святого Варсонофия в Москву и возвел его в сан епископа Тверского.
Истинным светильником был святитель Варсонофий для своей паствы, не словами одними, но всем существом своим указуя спасительный путь Христов. Несмотря на высокий святительский сан, он продолжал быть смиренным подвижником, каким был он в Пешношской обители и в Казани. Ночи он проводил в молитве, дни в трудах и заботах, отдыхая, шил клобуки и дарил инокам и епископам, непрестанной молитвой усердно врачевал телесные и душевные болезни обращавшихся к нему.
Тяжелое было время, в которое Господь судил ему управлять паствою Тверскою. Начались тогда для России тяжкие испытания — царь Иоанн Грозный, мудро и благочестиво правивший Россией, стал ужасом и бичом для своих подданных, насаждая так называемую «опричнину». Тверь не принадлежала опричнине и потому не пользовалась благосклонностью царя. С ужасом и негодованием видел святитель Варсонофий, как его друг Герман, архиепископ Казанский (память 6/19 ноября), некогда пользовавшийся уважением царя, был вызван из Казани в Москву для возведения в сан митрополита, однако после того, как напомнил царю тихими и кроткими словами, что тот даст ответ на суде Божием за свои жестокости, был изгнан и умер в заточении. Много страшных событий прошло перед очами святителя Варсонофия за четыре года его архиерейского служения. Глубоко сокрушался о своей пастве святитель Варсонофий. Ощущая старческую немощь, он в 1571 году удалился на покой в основанную им в Казани обитель. Пять лет провел он в Преображенском монастыре на покое, в молитве и уединении, где принял великую схиму. Когда он не мог по немощи сам ходить в церковь, любящие ученики помогали ему посещать храм Божий, зная его любовь к богослужению. Скончался святитель Варсонофий 11 апреля 1576 года и был погребен в Преображенском монастыре архиепископом Казанским Тихоном. В 1595 году по благословению святейшего патриарха Иова (1588-1607) построен в этом монастыре новый храм в честь Преображения Господня. При строительстве храма были обретены мощи святителей Казанских Гурия и Варсонофия. Описание открытия мощей было сделано очевидцем, святителем Ермогеном (будущим патриархом), в то время Казанским архиепископом: «Когда же, 4 октября, дошли до гробов святых отцов, то пришли сказать об этом мне, смиренному. Принесши со всем освященным собором бескровную жертву Господу Богу и отпев панихиду, мы отправились в монастырь и, пришед на место, поклонились гробам преподобных отец Гурия и Варсонофия. Вскрыв гроб, мы увидали нечто совсем неожиданное: рака святого была полна благоуханного мира, мощи же святого Гурия носились, как губка, поверх мира; ни одна часть не была погружена. Нетлением одарил Бог честное и многотрудное тело его, как это видят все и ныне… Я, недостойный, многогрешною рукою коснулся святого тела, осязал ризы, в которых он был погребен, и они были весьма крепки. Попытался с силою потянуть и мантию его, и прочие погребальные одежды, и они казались крепче новых. В главах у преподобного Гурия лежал греческий клобук вязаный, который, по сказанию учеников святого Варсонофия, был сделан преподобным Варсонофием для Гурия и по смерти святителя положен недоконченным в возглавие гроба его. Мы соборне осмотрели этот клобук и, взяв прядь из него, едва могли перервать ее, потому что она была крепче новой. Мы перелили благоуханное миро в новый сосуд, и православные христиане, пользуясь тем миром, непрестанно получали исцеления. Потом мы открыли раку Варсонофия и увидали, что и его мощи почтены от Бога нетлением… в чем мы удостоверились, перелагая святые и чудотворные мощи обоих своими собственными руками с архимандритом Арсением из гробов в ковчеги. Дивясь неизреченному человеколюбию Божию, мы со слезами и кротостью пропели надгробные песни над преподобными отцами и поставили их поверх земли, дабы все приходящие видели их и, дивясь, славили Бога».