В 1841 году Иоанн Тихомиров был определен учителем в Муромское духовное училище. В Муроме он встретил свою будущую супругу. 18 января 1842 года он был рукоположен во диакона, а 25 января – во священника к Муромскому собору. Паству отца Иоанна составляли, по его собственным словам, три неполных двора: городничий с женой-старушкой, окружной начальник, женатый на лютеранке, и жена лесничего-немца. Проповедовать было некому, и он целиком посвятил все свое свободное время преподавательской работе в училище. «Когда, бывало, придешь в класс и заставишь учеников писать, они один за другим подходят ко мне с перьями и с детской наивностью говорят: “Дяденька, очини мне перышко!” И грех и смех! Но какое утешение видеть, как невинные дети природы постепенно развиваются и успевают в науках, видеть в их взглядах оживленность и бодрость», – писал будущий владыка в своих воспоминаниях. В свободное время отец Иоанн изучал творения святых отцов, особенно любил читать проповеди митрополита Филарета (Дроздова) и архиепископа Иннокентия (Борисова).

В июле 1844 года отца Иоанна постигло огромное горе: у него умер единственный сын, Михаил, а в апреле 1845 года – супруга. «Теперь я как трость, ветром колеблемая, лишившись самого лучшего на земле живого сокровища. Все мои земные надежды покрыты гробовою доскою», – писал молодой вдовец-священник одному из своих друзей. Внутренний голос влек отца Иоанна в духовную академию и на путь иноческой жизни. «Для чего же Бог вложил в меня такое непреодолимое влечение к занятию книжному? С тех пор как я начал сознавать себя, книги были исключительным предметом моих занятий, а теперь обратились в какую-то необъяснимую потребность».

В 1845 году отец Иоанн оставляет службу в соборе и поступает в Московскую духовную академию. «По собственному опыту, – писал он, – могу сказать, что для молодого вдовца-священника, разумеется сколько-нибудь расположенного и способного к занятиям науками, самое лучшее и безопасное убежище – академия. Сравнивая прежнюю мирскую жизнь с настоящей моей, очень много нахожу преимуществ на стороне последней. Здесь совершенно свободен от всех сует и неприятностей, какие необходимо встречаются в мире при многоразличных отношениях. В академии и отношения, и занятия простее».

Среди профессоров Московской духовной академии в то время преподавали такие известные ученые, как Ф.А. Голубинский, Е.В. Амфитеатров, А.В. Горский. Их лекции производили на молодого студента-священника огромное впечатление, располагая к усиленным научным трудам.

«Между студентами, особенно часто посещавшими академическую библиотеку, – писал бывший бакалавр академии, впоследствии архиепископ Ярославский Леонид (Краснопевков), – приметен был один молодой священник с светлыми волосами, чрезвычайной худобы в теле и с приятной смесью чего-то кроткого, серьезного и добродушного в лице. Его, переходящего с книгами от шкафа к шкафу, и его короткую рясу я врезал в памяти навсегда. Этот священник поступил из Владимирской епархии, где был иереем Муромского собора. Овдовев, он возвратился к науке, и недаром: его скоро поставили в числе первых десяти студентов. Мои лекции были, вероятно, хуже прочих, однако и их он посещал усердно и слушал внимательно. Это мне памятно потому, что одежда резко отличала его от прочих слушателей и он садился впереди».

1 октября 1848 года, в день Покрова Пресвятой Богородицы, молодой студент-священник Иоанн Тихомиров, согласно прошению, был пострижен в монашество с именем Савва, во имя преподобного Саввы Вишерского, чья память отмечалась также в этот день. Постриг совершил ректор академии архимандрит Алексий (Ржаницын), восприемником при пострижении был инспектор академии иеромонах Сергий (Ляпидевский). Митрополит Филарет (Дроздов) прислал новопостриженному иеромонаху параман и рясу.

«Древняя мимоидоша, – писал иеромонах Савва в своем дневнике, – се быша вся нова: новое имя, новая одежда, новые правила жизни; о, если бы Господь обновил и дух правый во утробе моей! С благоговейным трепетом усматриваю я особенное призвание Божие к иноческой жизни во всех прежних обстоятельствах своей жизни. Смотрите, в самом деле, как постоянно и вместе с тем очевидно Господь отрешал меня от мира и призывал на служение Себе; взял у меня родителя прежде, нежели я увидел свет, лишил матери в то время, когда я еще имел крайнюю нужду в попечении, определил испытать мне горький жребий сиротства, с той, конечно, благой целью, чтобы заблаговременно ознакомить меня с тесным путем креста. Но вот, после долгого томления в сиротстве, краткое время дает мне вкусить некоторую сладость жизни в семейном благополучии, но и здесь скоро начинаются опять прежние лишения: умирает сын, который при своей жизни естественно привязал бы меня к миру; наконец лишился того, что привязывало меня к миру, – жены; все это не ясные ли, постепенно, более и более, возвышающиеся гласы божественного воззвания меня от бурного моря к тихому пристанищу монашеского жития? Да будет же благословенна воля Божия, избравшая и посвятившая меня на служение Себе, можно сказать, из чрева матери!»

В 1850 году иеромонах Савва окончил академию со степенью магистра богословия и был назначен митрополитом Филаретом (Дроздовым) Синодальным ризничим. Теперь иеромонах Савва большую часть времени посвящает церковной археологии. Он занимается описанием более примечательных предметов ризницы и библиотеки, и в 1855 году явился составленный им «Указатель для обозрения Московской Синодальной (патриаршей) ризницы». Этот труд принадлежал к числу замечательных явлений ученой литературы по церковной археологии и палеографии и удостоен был Демидовской премии. Служение в должности ризничего позволило ему познакомиться со многими учеными, как русскими, так и иностранными. Среди них С.М. Соловьев, О.М. Бодянский, С.П. Шевырев, Ф.И. Буслаев. С этого времени началось близкое знакомство отца Саввы с отцом Леонидом (Краснопевковым), переросшее в искреннюю дружбу. В письмах отец Савва советовался с отцом Леонидом по самым разным вопросам, будь то обсуждение в обществе смерти великого русского писателя Н.В. Гоголя или сохранение монашеского звания в чистоте от окружающего мира. 1 октября 1852 года отец Леонид писал отцу Савве: «В послании Вашем спрашиваете моего мнения в прогулке на выставку. Скажу не обинуясь: и в церковь иду с предосуждением для себя, если хочу сделать во храме Божием выставку из себя, но и с выставки в манеже могу возвратиться без всякого предосуждения, если мое монашество ходило туда со мною. Мы монахи, но по положению своему не пустынники; нам невозможно и даже не должно вовсе бегать от столкновений с миром, но должно соблюдать себя неоскверненными от мира. Урок наш труден; но кто знает, был ли бы другой легче для нас. Вот мое искреннее мнение, по Вашему требованию высказанное: судите, не осуждайте. Христос посреди нас ныне и вовеки».

15 мая 1855 года отец Савва был возведен в сан архимандрита – звание, которого не имел ни один из прежде бывших ризничих. По свидетельству архимандрита Леонида (Краснопевкова), архимандрита Савву отличала «готовность всякому служить своими знаниями, своим временем, своими учеными связями, делала библиотеку и ризницу общедоступной сокровищницею старины; а лицо Синодального ризничего поставляли в общем мнении так высоко, как оно никогда не возвышалось. И русские не могли довольно похвалиться им, и ученые иностранцы, особенно которые могли говорить с ним по-латыни, делали о нем великолепные отзывы».

Добросовестное исполнение своих обязанностей помешало отцу Савве стать ректором Вифанской духовной семинарии. Когда митрополит Филарет решил определить его на эту должность, известный писатель и историк А.Н. Муравьев возразил владыке: «Архимандрит Савва – ризничий примерный, а ректор будет, может быть, посредственный; на ректорскую должность Вы можете найти способного человека; а где Вы можете взять такого человека на должность ризничего?» Митрополит изменил свое намерение, и ректором был определен архимандрит Игнатий (Рождественский). После этого случая архимандрит Савва еще около двух лет оставался в должности ризничего.