Весной 1937 г., после окончания Академии, уехал в Москву, где по приглашению Жолтовского должен был работать в его мастерской по проектированию дворца
ВЦСПС. Но начало этих работ затягивалось, и молодого архитектора пригласили на другую работу — в
Троице-Сергиеву лавру. К концу 1930-х годов памятники Лавры были основательно порушены, частично перестроены и приспособлены под жилье и другие не свойственные им хозяйственные нужды, и для восстановления ансамбля надо было проделать огромную работу. Ансамбль Троице‑Сергиевой Лавры складывался на протяжении четырёх столетий, с XV по XVIII век включительно, и вместе с развитием ансамбля менялся и облик его отдельных сооружений. Задачей реставратора было найти художественный оптимум для каждого памятника, то есть момент его наивысшего художественного расцвета. Цель реставрации не в том, чтобы вернуть ансамбль к какому‑то определенному «оптимальному году», а, напротив, показать его как интеграцию или синтез всего художественного развития. Инициатором и организатором планомерных реставрационно-восстановительных работ стал директор Загорского историко-художественного музея С. А. Будаев, заказчиком -Загорский музей, и Игнатий Трофимов получил официальное предложение от правительства: в развитие декрета 1920 г., подписанного
Лениным, об обращении ансамбля Троице-Сергиевой Лавры в музей, подготовить обоснованный доклад в
Совнарком РСФСР о выделении средств на научную реставрацию памятников этого историко-художественного ансамбля. В последущие два года он подготовил справку об историко-художественном значении архитектурного ансамбля Лавры и программу его научной реставрации, генеральный план реставрационно-восстановительных работ, дефектные акты, описи работ и сметы по пятнадцати объектам. На основании этих материалов в феврале 1940 г. было принято постановление Совнаркома, по которому весь комплекс памятников Троице-Сергиевой Лавры в черте крепостных стен объявлялся Загорским государственным историко-художественным музеем-заповедником. И. В. Трофимов был назначен научным руководителем и главным архитектором этих работ. Для их производства был организован специальный научно-производственный строительный участок и создан Ученый совет, утвержденный Государственным комитетом по делам искусств. Председателем совета был назначен архитектор академик И. В. Рыльский, ученым секретарем — В. П. Зубов, представителем от заказчика, Загорского музея, — архитектор М. Т. Виноградов. В совет входили архитектор академик И. В. Жолтовский; известный инженер П. В. Щусев; археолог доктор исторических наук
А. В. Арциховский; историк С. В. Бахрушин. В разное время в качестве консультантов приглашались академики
А. В. Щусев и
И. Э. Грабарь, с 1940 года осуществлявший наблюдение за реставрацией живописи; генерал-лейтенант,
Герой Советского Союза Д. М. Карбышев; эксперты по прикладному искусству и живописи Н. Н. Соболев, Д. И. Киплик, Ф. Я. Мишуков; историки А. Г. Новицкий и
А. Г. Габричевский.