När patriarken Kirill på söndagen ledde gudstjänsten i Moskva var 1400-talsmålningen centralt placerad i Kristus Frälsarens katedral.
Putin-vännen Kirill sade att den ryske presidenten på patriarkens begäran fattat ett "historiskt beslut" genom att lämna över verket.
– Sådant här sker inte utan ett direkt gudomligt ingripande, sade 76-åringen under ceremonin.
Bön för Putin
Enligt Kirill, en stark förespråkare av Rysslands anfallskrig i Ukraina, beskrev det som ett symboliskt ögonblick i en tid när "fäderneslandet står inför enorma fientliga styrkor".
– Vi ber för vår ortodoxa president, Vladimir Putin, sade patriarken.
Målningen, en rysk nationalklenod, flyttades efter den ryska revolutionen 1917 från ett kloster utanför Moskva till Tretjakovgalleriet – där den sedan dess haft sitt permanenta residens.
Putins beslut att låna ut tavlan till kyrkan har varit kontroversiellt. Museiintendenter har varnat för att målningen är alldeles för skör för att flyttas och hävdar att den kräver konstant vård för att bevaras.
I kontroversens centrum finns just patriarken Kirill, den rysk-ortodoxa kyrkans överhuvud.
Negativa förändringar
När en högt uppsatt präst höll med om museets invändningar petades han av patriarken. I lördags sade han att tavlan blir kvar i katedralen i ett års tid och sedan ska föras till Trefaldighetskatedralen utanför Moskva – trots att det ryska kulturdepartementet och Tretjakovgalleriet har sagt att museet ska få tillbaka den om två veckor.
Oron över verkets välbefinnande grundar sig bland annat i det 60-tal negativa förändringar som man hittade på målningen då den i fjol lånades ut i bara några dagar till Trefaldighetskatedralen, det kloster där tavlan hängde före revolutionen.
Utlåningen ses av flera bedömare som ett sätt för Putin att stärka banden till kyrkan.