ยุคพระธรรมติโลกาจารย์ (อู่ เปรียญธรรม ๙ ประโยค) เป็นเจ้าอาวาสในรัชกาลที่ ๓ เดิมเป็นพระราชาคณะที่ "พระราชกระวี" อยู่วัดเกาะ คือ วัดสัมพันธวงศ์
ถึงปีเถาะ พ.ศ. ๒๓๗๔ ทรงตั้งเป็นพระราชาคณะผู้ใหญ่ที่ พระธรรมไตรโลก มีสำเนาทรงตั้งดังนี้ "ให้เลื่อนพระราชกระวี เป็น พระธรรมติโลกาจารย์ ญาณวิสารทนายก ติปิฎกธรา บวรสังฆาราม คามวาสี สถิต ณ วัดเกาะวรวิหาร พระอารามหลวง ทรงตั้ง วันพฤหัสบดี ขึ้น ๕ ค่ำ เดือน ๘ ปีเถาะ พ.ศ. ๒๓๗๔"
ในระหว่างที่ท่านเป็นเจ้าอาวาสวัดสัมพันธวงศ์ ไม่มีหลักฐานที่ปรากฎว่าท่านได้ทำการบูรณะปฏิสังขรณ์พระอารามอะไรไว้บ้าง นอกจากการสอนพระปริยัติธรรม และเป็นพระอุปัชฌายาจารย์ โดยนัยกล่าวว่าท่านเป็นผู้ฉลาดสามารถใน พระปริยัติธรรมเป็นเปรียญ ๙ ประโยค ตามหนังสือทรงตั้งสมณศักดิ์พระราชาคณะผู้ใหญ่ พระนิพนธ์พระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระสมมติอมรพันธ์ และพระนิพนธ์สมเด็จพระบรมวงศ์เธอ กรมพระยาดำรงราชานุภาพ กล่าวว่า
"ในรัชกาลพระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว โปรดให้ทำการบูรณะสร้างพระวิหารหลวง วัดสุทัศน์เทพวราราม ซึ่งค้างมาแต่สมัยรัชกาลที่ ๑ และรัชกาลที่ ๒ จนสำเร็จแล้วโปรดให้สร้างพระอุโบสถการเปรียญ โดยโปรดให้กรมหมื่นพิทักษ์เทเวศร์ และเจ้าพระยาศรีพิพัฒน์รัตนราชโกษา ควบคุมการก่อสร้างทั่วไป เสร็จแล้วพระราชทานนามว่า "วัดสุทัศนเทพวราราม"
ปีมะเมีย ฉอศก จุลศักราช ๑๑๙๖ พุทธศักราช ๒๓๗๗ ทรงพระกรุณาโปรดให้อาราธนา พระธรรมไตรโลกาจารย์ (อู่) วัดเกาะแก้ว ไปครองวัดสุทัศนเทพวราราม เป็นอันสิ้นยุคแห่งการเป็นเจ้าอาวาสของท่านแต่เพียงนี้ แต่ประวัติความเป็นไปของท่านเป็นที่น่าสนใจ เพราะเกี่ยวด้วยตำแหน่งสมณศักดิ์และกรณียกิจของท่านเป็นเหตุ จึงรวมมาพิมพ์ไว้เพื่อผู้ที่สนใจจะศึกษาชีวประวัติของท่านต่อไปด้วย
พระธรรมไตรโลกาจารย์ (อู่) เป็นอธิบดีสงฆ์องค์ปฐมของวัดสุทัศนเทพวราราม ถึงปีเถาะ พ.ศ. ๒๓๘๖ จึงทรงเลื่อนให้เป็นพระพิมลธรรม คราวเดียวกับทรงตั้งสมเด็จพระสังฆราชนาค มีสำเนาทรงตั้งดังนี้
"ให้พระธรรมไตรโลก เป็นพระพิมลธรรม อนัตญาณนายก ติปิฎกธรา มหาคณฤศร บวรสังฆาราม คามวาสี สถิตย์ในวัดสุทัศน์เทพวรารามอาวาสวรวิหาร พระอารามหลวง ทรงตั้งวันพุธ แรม ๑๑ ค่ำ เดือน ๖ ปีเถาะ พ.ศ. ๒๓๘๖"
เมื่อสมเด็จพระสังฆราชนาค สิ้นพระชนม์ พระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงพระราชดำริจะสถาปนาพระพิมลธรรม (อู่) เป็นสมเด็จพระสังฆราช จนโปรดให้อารักษ์ร่างนามที่จะทรงแต่งตั้งอยู่แล้ว ลงศุภมัสดุกำหนดวันจะทรงตั้งเป็นวันอังคาร แรม ๑๕ ค่ำ เดือน ๔ ปีจอ พ.ศ. ๒๓๙๓ แต่ประจวบเวลาทรงพระประชวรพระอาการมากจึงไม่ทรงตั้ง พอพ้นวันที่กำหนดจะทรงตั้งไปวันเดียว ก็สวรรคต พระราชดำริ ที่จะทรงตั้งตำแหน่งสมณศักดิ์ ดังนี้
พระพิมลธรรม (อู่) วัดสุทัศน์ เป็น สมเด็จพระสังฆราช
พระธรรมอุดม (เซ่ง) วัดอรุณ เป็น สมเด็จพระพนรัตน์
พระพุทธโฆษาจารย์ (ฉิม) วัดโมลีโลก เป็น พระพิมลธรรม
พระธรรมไตรโลก (จี่) วัดประยูรวงศ์ เป็น พระธรรมอุดม
ในรัชกาลที่ ๔ พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว เสด็จขึ้นเถลิงถวัลย์ราชสมบัติ ทรงตั้งกรมสมเด็จพระปรมานุชิตชิโนรส วัดพระเชตุพน เป็นสมเด็จพระมหาสมณ และทรงพระกรุณาโปรดให้สถาปนาพระพิมลธรรม (อู่) เป็นสมเด็จพระอริยวงศาคตญาณ ตำแหน่งเจ้าคณะใหญ่ฝ่ายเหนือ ตามสำเนาทรงตั้งดังนี้
"ให้เลื่อนพระพิมลธรรม ขึ้นเป็น สมเด็จพระอริยวงศาคตญาณ ปริยัติวรสังฆาธิบดี ศรีสมนุตมาปรินายก ตรีปิฎกโกศล วิมลปรีชามหาอุตมคณฤศร บวรสังฆาราม คามวาสี อรัญวาสี สถิต ณ วัดสุทัศน์เทพวราราม วรวิหาร พระอารามหลวง มีนิตยภัตเดือนละ ๕ ตำลึง มีฐานานุกรมได้ ๑๐ รูป"
ข้อสังเกต สมเด็จพระอริยวงศาคตญาณ นี้ เป็นพระนามสมเด็จพระสังฆราช แต่ก่อนนี้เป็นสมเด็จพระอริยวงศญาณ พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงแก้เป็นสมเด็จพระอริยวงศาคตญาณ ทรงตั้งสมเด็จพระอริยวงศาคตญาณ (อู่) เป็นปฐม แต่มิได้เป็นสมเด็จพระสังฆราช อีกนัยหนึ่งที่พระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงพระราชดำริว่า จะทรงสถาปนาพระพิมลธรรม (อู่) วัดสุทัศน์ เป็นสมเด็จพระสังฆราชในครั้งนั้น ด้วยทรงมีพระราชประสงค์ จะโปรดให้จุดเทียนไชยในพระราชพิธี สำหรับการจุดเทียนไชยในรัชกาลพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทราบว่าทรงพระกรุณาโปรดให้ กรมสมเด็จพระปรมานุชิตชิโนรสทรงจุด ฉนั้น ตำแหน่งสมเด็จพระอริยวงศาคตญาณ (อู่) จึงเป็นเพียงเจ้าคณะใหญ่ฝ่ายเหนือ มิได้เป็นสมเด็จพระสังฆราช
ข้อควรสนใจในลักษณะการพิธีมีเทียนไชย ซึ่งปรากฏตามพระราชพงศาวดาร กรุงรัตนโกสินทร์ แผ่นดินพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ซึ่งสมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระยาดำรงราชานุภาพ ทรงพระนิพนธ์ไว้ใจความว่า
"ลักษณะการพิธีมีเทียนไชย เช่น มีพิธีตรุษ เป็นต้น ตามแบบโบราณ พระเจ้าแผ่นดินทรงจุดเอง สมเด็จพระสังฆราชเป็นแต่ผู้กำกับ (ทำนองจะมีหน้าที่บอกคาถาให้ทรงบริกรรม) แต่ในสมัยกรุงรัตนโกสินทร์นี้ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวทรงจุดเทียนชะนวนและทรงอธิษฐาน แล้วให้สมเด็จพระสังฆราชทรงจุดเทียนไชย จะบัญญัติแต่รัชกาลไหนหาทราบไม่"
อนึ่ง ในยุคที่สมเด็จพระอริยวงศาคตญาณ (อู่) ครั้งเป็นพระราชกระวี เจ้าอาวาสวัดสัมพันธวงศ์ หรือวัดเกาะ เคยเป็นแหล่งเผยแพร่คริสต์ศาสนานิกายโปรเตสแตน ของพวกมิชชั่นนารีอเมริกัน เป็นแห่งแรกในสมัยกรุงรัตนโกสินทร์
พวกมิชชั่นนารีดังกล่าวเข้ามาเมืองไทย เมื่อวันที่ ๒๓ สิงหาคม พ.ศ. ๒๓๗๑ ได้นำหมอกุทซลาฟ์ฟ แพทย์ชาวเยอรมัน (คนไทยเรียกว่า หมอกิศลับ) พร้อมด้วยนายจาคอบ ทอมลิน (คนไทยเรียกว่าหมอตอมลิ้น) เข้ามาด้วย แต่หมอกิศลับมาอยู่เมืองไทยได้ ๒ ปี ก็เดินทางต่อไปยังเมืองจีน
พวกฝรั่งนักสอนศาสนาดังกล่าวนี้ ได้มาเช่าบ้านไม้สัก ๒ ชั้นข้างวัดเกาะ ซึ่งเป็นบ้านของนายกลิ่น น้องชายสมเด็จพระพุทธโฆษาจารย์ (จี่) เปิดเป็นคลีนิค เรียกว่า "โอสถศาลาวัดเกาะ" อันเป็นโรงหมอฝรั่งรุนแรกในเมืองไทย จุดประสงค์ก็เพื่อสอนศาสนาคริสต์ โดยการแจกยาและรับรักษาไข้เจ็บเป็นเครื่องจูงใจ แต่ก็ไม่ค่อยได้รับความสนใจเท่าใดนัก เพราะคนไทยมั่นอยู่ในพระพุทธศาสนามาแต่บรรพบุรุษ แม้การรักษาโรคและการแจกยาฝรั่ง ก็เป็นของใหม่เกินไปสำหรับคนไทยในสมัยนั้น จึงปรากฏว่าเป็นที่ระแวงของพวกขุนนางไทยมาก ได้เคยมีขุนนางไทยผู้หนึ่ง เดินไปตรวจดูตามร้านหยิบขวดยามาจิบดู เพื่อให้แน่ใจว่า สิ่งที่อยู่ในขวดเล็กใหญ่ที่วางเรียงรายอยู่นั้น มิใช่เหล้าเถื่อนหรือน้ำตาลเมา นายกลิ่นเจ้าของร้านเอง ก็เคยไปเตือนให้ไปขออนุญาต จากเจ้าพระยาพระคลังเสียก่อน ด้วยเกรงว่าจะถูกทางการขับไล่โดยไม่รู้ตัว
นอกจากนั้น มีผู้กล่าวกันว่า พระบาทสมเด็จพระนั่งเกล้าเจ้าอยู่หัว มีพระราชประสงค์จะทรงสร้างพระปรางค์ที่วัดนี้ ได้มีพระราชบัญชาให้เจ้าพนังงานขนซุงไม้สักมาเพื่อทำราก ทำเข็มเป็นอันมาก แต่ไม่ได้ทรงสร้างตามราชประสงค์ จะเป็นเพราะเหตุใดหาทราบไม่ ภายหลังต่อมา เมื่อพระวิเชียรกวี (ชื่น สิริมณฺโฑ) ผู้ช่วยเจ้าอาวาสวัดสัมพันธวงศ์ ยุคพระพินิจพินัย (แจ้ง ปิยสีโล) เป็นเจ้าอาวาส ทำการปฏิสังขรณ์ก่อสร้างพระอาราม ยังได้ขุดเอาซุงไม้สักเหล่านั้นมาใช้ได้บ้างหลายท่อน
สมเด็จพระอริยวงศาคตญาณ (อู่) ถึงมรณภาพในรัชกาลที่ ๔ เมื่อวันอังคาร เดือน ๙ ขึ้น ๑๕ ค่ำ ปีมะเมียพ.ศ. ๒๔๐๑