I 1707 ble det besluttet å rive den første trekirken og bygge en ny inntil det eksisterende murtårnet. Denne kirken ble innviet 19. desember 1708 og ble kalt Hellig Trefoldighetskirke. Dette var også en korskirke av tre utført i barokkstil. I årene 1849–1853 ble kirkens interiør modernisert og fremsto siden i nyklassisistisk stil. Etter brannen i 1866 var deler av det murte tårnet alt som sto igjen av kirken. Deler av inventaret og kirkesølvet ble imidlertid reddet fra kirken under brannen og finnes i dag blant annet i Bragernes kirke, Drammens museum og Norsk Folkemuseum. Dette gjelder blant andre gjenstander døpefonten, deler av altertavlen og prekestolen. En av messinglysekronene henger i Tangen kirke og kirkeskipet som i dag henger i Bragernes kirke, ble også reddet ut av Gamle Bragernes kirke.