По выходе из лагеря Илья Шмаин восстановился на заочном отделении мехмата МГУ и закончил его в 1962 году. Во время учебы работал простым рабочим на заводе (как репрессированный не мог устроиться ни на какую квалифицированную работу). В последние годы учебы и по окончании университета работал во Всесоюзном институте научно-технической информации (ВИНИТИ) как специалист в различных областях математической логики и формальной лингвистики, а позднее — в области разработки языков программирования.
Долгие годы религиозных и философских исканий, встречи в тюрьме и в лагере с безвестными святыми русского православия привели Илью к христианству и к Церкви. Его жена крестилась за десять лет до него и содействовала его воцерковлению. В Великий четверг 1963 года он принял крещение, глубоко вошел в церковную жизнь сам и способствовал воцерковлению множества людей: с 1965 года крестники появлялись у него еженедельно. Духовником Ильи был о. Владимир Смирнов, священник храма Св. пророка Ильи (“Обыденного”) на Остоженке; большое влияние на Илью оказал также о. Николай Ведерников, у которого он служил псаломщиком в подмосковном храме. С 1970 года Илья Шмаин тайно вел богословский семинар на дому, был участником тайных встреч с приезжавшим в Москву митрополитом Антонием (Сурожским) и распространял его проповеди. Вокруг Ильи постоянно была группа молодых людей, многие из которых впоследствии стали священниками.
С начала 1970-х годов Илья настойчиво пытался принять священство; но в те годы для человека с высшим образованием, да притом еврея, это было практически невозможно. В 1975 году Илья с семьей эмигрировал в Израиль; в Иерусалиме их семья сразу стала центром притяжения для новых переселенцев из России, находящихся в духовных исканиях или уже принявших православие. Однако рукоположиться в Израиле оказалось невозможно, и Илья на время уехал из Израиля во Францию. В 1980 году на праздник Благовещения он был рукоположен в священный сан архиепископом Георгием (Тарасовым) в сослужении епископа Георгия (Вагнера) и стал священником Западно-Европейской Русской архиепископии юрисдикции Вселенского патриархата. Первым местом его служения была Покровская обитель в Бюсси-ан-От. Осенью 1980 года о. Илия получил долгосрочный канонический отпуск от Западно-Европейской Русской архиепископии и был направлен в Иерусалимскую патриархию.
Отец Илия стал членом Святогробского братства. В ночь на воскресенье он служил литургию на Гробе Господнем, в ночь на пятницу — на Голгофе. В будни, тоже по ночам, о. Илия тайно служил в одной из православных церквей старого Иерусалима для небольшой общины евреев-христиан — выходцев из России, а днем продолжал научную работу в качестве программиста в Институте Вейцмана в Реховоте.
В 1983 году семья переехала во Францию, где о. Илия сначала служил в храме Всемилостивого Спаса в Аньере под Парижем, а затем, с 1990 по 1997 год, — в Успенском храме на русском кладбище Сент-Женевьев-де-Буа.
Уже с начала 1990-х годов о. Илия предпринимал неоднократные попытки вернуться в Россию, но только в 1997 году при содействии архиепископа Сергия (Коновалова) состоялось соглашение между Западно-Европейской архиепископией и Московским патриархатом о переходе о. Илии под юрисдикцию последнего. С 1997 года и до самой смерти отец Илия служил в храме Петра и Павла у Яузских ворот в Москве. Летом, во время отпуска, он служил в храме Воскресения Господня в Тарусе.
Отец Илия занимался и богословскими исследованиями — осталась неоконченной его книга “Толкование псалмов”.
В 2001 году о. Илия смертельно заболел, но продолжал служить до последних дней. Последнее общественное богослужение он совершил незадолго до кончины — это была панихида по узникам лагерей и молебен о здравии еще живых бывших узников у Соловецкого камня на Лубянке в День политзаключенного 30 октября 2004 г. За три недели до смерти он успел в тесном семейном и дружеском кругу отпраздновать золотую свадьбу.
Отец Илия умирал дома, его духовные чада, друзья-священники и просто друзья приходили к нему прощаться, а о. Константин почти ежедневно причащал умирающего.
Отпевание отца Илии Шмаина было совершено 15 января 2005 года в храме Петра и Павла. Служили тринадцать священников, еще пяти или шести священникам не хватило облачений, и они стояли в храме среди многих сотен пришедших людей. В тот же день о. Илия был погребен на Бёховском кладбище при Музее-усадьбе В.Д. Поленова, рядом с могилами своего тестя и младшей дочери Татьяны.
