Năm 1774 (có tài liệu ghi là năm 1798), sau khi lực lượng Chúa Trịnh chiếm được Đàng Trong và san bằng lũy Thầy, nhà thờ này được chuyển về khu vực Cầu Ngắn, nay thuộc phường Phú Hải, và được gọi là giáo xứ Sáo Bùn. Khoảng năm 1886, Sáo Bùn có khoảng 200 nóc nhà với khoảng 1200 giáo hữu. Ở đây có Viện Dục Anh để giúp nuôi trẻ em nghèo và có tu viện dòng Mến Thánh Giá phục vụ từ thiện và giáo dục.

Năm 1886, Quân Văn Thân đột kích giáo xứ Sáo Bùn, giết chết 52 giáo dân, đốt phá nhà thờ Sáo Bùn, nên số giáo dân chạy về Đông Hới lánh nạn. Sau khi được sự cho phép của chính quyền bảo hộ và các cơ quan hữu trách, Cha sở lúc này là cố Claude Bonin và giáo dân Tam Tòa chuyển nhà thờ về ở rẻo đất bên bờ sông Nhật Lệ sát cửa thành thuộc đất làng Mỹ Lệ và đổi tên thành giáo xứ Tam Tòa, cho đến hôm nay. Năm 1850, khi giáo phận Huế được thành lập, Tam Tòa thuộc sự quản lý của Giáo phận Huế.

Nhà thờ Tam Tòa lần đầu tiên được xây dựng năm 1887, do linh mục Clause Bonin (cố Ninh). Đến năm 1940, linh mục René Morineau (cố Trung) tái thiết lại khang trang và hoàn chỉnh hơn.

Năm 1954, sau hiệp định Genève, hầu hết giáo dân Tam Tòa, cùng với rất nhiều dân cư ở đây và giáo dân các xứ thuộc hạt Nam Quảng Bình di cư vào Đà Nẵng sinh sống; thành lập giáo xứ Tam Toà ở Đà Nẵng. Từ đó, số giáo dân còn lại ở đây được coi sóc bởi 2 linh mục Trần Quang Nghiêm và Lương Minh Thể. Đến năm 1962, cha Thể qua đời, và năm 1964, chiến tranh lại bùng phát, cha Nghiêm rời Tam Tòa cho đến nay không có linh mục coi sóc.

Năm 1968, nhà thờ Tam Tòa bị máy bay Mỹ oanh kích, đổ nát và duy trì như vậy cho đến ngày nay. Mặc dầu số giáo dân còn lại quá ít ỏi, không đủ khả năng tái thiết, nhưng Tổng giáo phận Huế cũng như bà con Tam Tòa vẫn luôn ước mong tái thiết nhà thờ mà Cha Ông họ đã dày công xây dựng.

Ngày 26/3/1997, UBND tỉnh Quảng Bình tự động ra quyết định đưa nhà thờ Tam Tòa vào danh mục di tích lịch sử, là một di chứng tội ác chiến tranh, không thông qua ý kiến của chủ sở hữu là Tổng giáo phận Huế và bà con giáo dân giáo xứ Tam Tòa.

Đến ngày 15/5/2006, Tổng giáo phận Huế chuyển giáo hạt Nam Quảng Bình cho giáo phận Vinh, trong đó có giáo xứ Tam Tòa. Ngay sau đó, Đức cha Phaolô Maria Cao Đình Thuyên, giám mục giáo phận Vinh bổ nhiệm linh mục Phêrô Lê Thanh Hồng về quản xứ Làng Sen, kiêm xứ Tam Tòa, có hơn 1000 giáo dân sinh sống tại địa bàn thành phố Đồng Hới, quanh nhà thờ Tam Toà.

Hiện nhà thờ cũ đổ nát, mọi sinh hoạt tôn giáo đang phải nhờ nhà của một giáo dân tại đường Nguyễn Du, cách nền nhà thờ Tam Tòa khoảng 100m về phía Tây Bắc.

Vì thế, giáo phận Vinh đang làm thủ tục lấy lại đất này, xây dựng nhà thờ Tam Tòa, đảm bảo quyền lợi thực tế chính đáng của công dân. Đây là điều hoàn toàn có căn cứ lịch sử và cơ sở pháp lý.