Begonnen wurde die Baumaßnahme im Herbst 2000 mit der Fundamentsanierung. Um die Technologie des Hochdruck-Düsenstrahlverfahrens (HDI) gefahrlos einsetzen zu können, waren umfangreiche Schutzmaßnahmen notwendig. Die gesamte transportable Innenausstattung wurde ausgelagert, ebenso der Bodenbelag aus Solnhofer Kalksteinplatten. Die 12 vorhandenen Altäre mit zum Teil wertvollen Originalfassungen wurden aus konservatorischen Gründen nicht abgebaut und mit einer stabilen Holzeinhausung vor Verschmutzung und Diebstahl geschützt.

Um das Beschädigungsrisiko an der Raumschale mit ihren kostbaren Fresken durch undichte Hochdruckschläuche zu minimieren, musste ein lichtdurchlässiges Gewebeschutz-dach in 4,50 m Höhe über dem Kirchenboden eingebaut werden.

Baubegleitend wurden mögliche Setzungen durch zahlreiche Höhenmesspunkte ständig beobachtet und dokumentiert. Im Bereich der Seitenaltäre konnte die Fundamentsanierung nur von der Außenseite durchgeführt werden. Deshalb war es notwendig in die benachbarten Verwaltungsräume der Regierung einzugreifen, die jedoch ca. 1,50 m höher liegen als das Kirchenniveau. Mit einem Kleinbagger wurde eine Baugrube von 2,50 m Tiefe ausgehoben um das HDI-Verfahren durchzuführen. Im Bauschutt konnten Bruchstücke der gotischen Fenstermaßwerke geborgen werden, die im Zuge der barocken Umgestaltung von Zimmermann entfernt wurden. Auch wurden Reste eines gotischen Seitenportals sichergestellt.
 
In der St. Magdalenenkapelle entdeckte man die intakte Gruft der Dominikaner-Mönche für den Bestattungszeitraum von 1773 bis 1801. Da beim HDI-Verfahren die Gefahr bestand, dass flüssiger Beton in die Gruft eindringt, wurden die Außenwände mit traditioneller Handunterfangung in einer Tiefe von 4,50 m unter Straßenniveau saniert. Dabei konnten einige originale Holzpfähle sichergestellt werden.

Im Frühjahr 2001 wurde mit der Dachsanierung im Bereich des Chordachstuhles begonnen. Nahezu alle Zerrbalken- und Sparrenköpfe waren verfault, die Fußschwelle morsch und von Pilzen befallen. Zerstörte Holzteile wurden entfernt und durch neues Holz ersetzt. Erschwerend kommt hinzu, dass das Deckengewölbe aus Holzlatten und Putz (die sogenannte „Bockshaut“) an den Deckenbalken aufgehängt ist.
Jegliche Bewegung im Dachstuhl führt zur Rissbildung an den Deckenfresken, so dass die Arbeiten erschütterungsfrei durchgeführt werden mussten.

Die Neueindeckung der Dächer erfolgte mit den vorhandenen Biberschwanzziegeln. An Traufe und First wurden neue Lüftungsöffnungen geschaffen. Der Dachfuss liegt frei und wird allseits von Luft umspült. Der neue Dielenboden wurde nicht bis an den Fußpunkt herangeführt, um eine jederzeitige Kontrolle zu ermöglichen.

Im folgenden Jahr 2002 wurde der Dachstuhl des Langhauses mit einer Länge von ca. 50 m in der gleichen Technik instandgesetzt. Bei den Abbrucharbeiten entdeckte man ein Stück des originalen Traufpunktes aus der Erbauungszeit mit den Mörtelabdrücken der Mönch- und Nonne-Dachziegel und Reste von Farbfassungen. Dieser Teil blieb als Primärdokument aus der Baugeschichte erhalten

Bei der Sanierung der gotischen Sichtmauerwerksfassade wurden insgesamt ca. 6200 Stück massive Vollziegel ausgebaut und durch neue Handschlagziegel ersetzt. Die von Zimmermann zum Teil zugemauerten Chorfenster bekamen durch aufgemalte Blindfenster ihr ursprüngliches Aussehen zurück.

Parallel zur Dachsanierung wurde die Kirche innen eingerüstet und die Restaurierung der Deckenfresken begonnen. Die Gerüste mussten in sich ausgesteift werden, da eine Verankerung an den stuckierten Außenwänden nicht möglich war.

Im nächsten Bauabschnitt 2003 stand die Sanierung aller Dächer des südlichen Seitenschiffs und der beiden Seitenkapellen an. Um die Deckenfresken vor Wassereinbruch zu schützen wurde ein freitragendes Wetterschutzdach mit einer Spannweite von 20,0 m über der gesamten Dachlandschaft montiert. Unabhängig von Witterungseinflüssen konnte an alle Dächern parallel gearbeitet werden, so dass die Fertigstellung vor Wintereinbruch gewährleistet war. Für Schneelast wäre das Schutzdach nicht geeignet gewesen. Die konstruktiv problematische Grabenrinne wird durch eine automatische Rinnenheizung schneefrei gehalten.

Für die Beleuchtung des Kirchenraumes wurde ein neues Lichtkonzept entwickelt, das mit Deckenflutern und Minispots von den Pfeilerkapitellen arbeitet. Dadurch kann der barocke Kirchenraum ungestört von Beleuchtungskörpern wirken. Einzelne Altäre, Figuren und Bilder werden durch gezielte Effektbeleuchtung akzentuiert.

Ende 2003 wurde die Restaurierung von Raumschale und Deckenfreskos abgeschlossen und das Innengerüst abgebaut.