Δυο δεκαετίες μετά την καταστροφική πυρκαγιά του 1890, η οθωμανική διοίκηση αποφάσισε τις εργασίες στερέωσης της Αγίας Σοφίας που ανέλαβαν οι Γάλλοι (1907-1911) και επέβλεψε ο Κάρολος Ντηλ. Στο διάστημα από το 1908 ως την απελευθέρωση της πόλης, το 1912, πραγματοποιήθηκαν στην Αγία Σοφία δύο «νέες» διακοσμήσεις που απηχούν διαφορετικές αισθητικές αντιλήψεις της εποχής. Η πρώτη, ζωγραφική του «στένσιλ», σε φωτεινό χονδροκόκκινο και μπλε Πρωσίας, θεματικά απηχεί την τρέχουσα «παραδοσιακή» ισλαμική αισθητική. Η δεύτερη, επηρεασμένη χρωματικά και σχεδιαστικά από τα ψηφιδωτά που είχαν μόλις αποκαλυφθεί, εντάσσεται στην αισθητική της Δυτικής Ευρώπης. Κατά κάποιον τρόπο, απεικονίζονται η ισλαμίζουσα και η δυτικόφιλη τάση του οθωμανικού κόσμου αυτή την εποχή. Το 1896 ο Αβδούλ Χαμίτ ορίζει επικεφαλής των αυτοκρατορικών αρχιτεκτόνων τον ιταλό αρχιτέκτονα R. D’Aronco, υποστηρικτή του κινήματος art nouveau. Ο D’Aronco θα εργαστεί στην Αγία Σοφία. Η πρωτοτυπία και η ποιότητα του έργου ενός αρχιτέκτονα ζωγράφου είναι φανερές στη συνδυασμένη χρήση γεωμετρικών και φυτικών θεμάτων, στο ρόλο του χρώματος στη διαμόρφωση και ολοκλήρωση της αρχιτεκτονικής. Χονδροκόκκινο, ώχρα και πράσινο χρησιμοποιήθηκαν για την απομίμηση της ορθομαρμάρωσης. Με την κίνηση των φύλλων στα κιονόκρανα του ναού συνδιαλέγονται τα φύλλα στα σφαιρικά τρίγωνα του θόλου που αποκτούν κίνηση από την ελεύθερη απόδοση και τους χρωματικούς τόνους.
Σήμερα, προκειμένου να αποφασιστεί ο τρόπος της επέμβασης, ερευνήθηκε η τεχνική της ζωγραφικής. Τις ζημιές στο ζωγραφικό διάκοσμο προκάλεσε είτε ο χρόνος είτε η έρευνα στο μνημείο μετά τους σεισμούς του 1978. Συγκεκριμένη προβληματική καθοδήγησε την αποκατάσταση της «πληγωμένης» τοιχοποιίας και τη συμπλήρωση των κενών.