Строительство Исаакиевского собора продолжалось с 1818 по 1858 год. По своему размаху оно превосходило подобного рода работы не только в Петербурге, но и во всей России. За 40 лет в нем приняли участие почти 500 000 человек: каменотесов, плотников, камнерезов, лепщиков, кузнецов, скульпторов и живописцев.

Обновление 3-го Исаакиевского собора было предписано рескриптом императора Александра I от 20 февраля 1818 года. Контролировала эту работу специальная комиссия под председательством члена Государственного Совета графа Н.Н.Головина.

Сначала разобрали западную часть старого собора. В июле 1819 года под будущее сооружение заложили бронзовую золоченую доску с текстом об обновлении храма.

Началось строительство 4-го Исаакиевского храма с устройства фундамента. Предполагая свести к минимуму последствия будущей неравномерной осадки грандиозного сооружения, Монферран спроектировал сплошной, заложенный под всем собором фундамент. Это был редкий случай даже для Петербурга с его зыбкой, болотистой почвой.

Сооружался фундамент на свайном основании. Для укрепления грунта в котлован вбивали просмоленные сосновые сваи длиной 6,5 м диаметром 25 - 30 см. Забивали их вплотную друг к другу до тех пор, пока грунт не уплотнялся настолько, что заостренный железный прут с трудом входил в землю.

Кроме оставшихся от фундамента предыдущего храма почти 13 000 свай под новый фундамент дополнительно забили еще около 11 000. В течение года промежутки между сваями заполняли на глубину около 1 м утрамбованным древесным углем.

На сваи в два ряда уложили гранитные плиты, выше выложили кладку из камня, связанного специально приготовленным известковым раствором.

Фундамент храма сооружался около 5 лет, в работах приняли участие около 125 000 человек.

Одновременно с созданием фундамента в каменоломне на берегу Финского залива, в местечке Пютерлакс (неподалеку от Выборга) заготовляли гранитные монолиты для колонн собора. Руководил работами Самсон Суханов, придумавший оригинальный способ выломки гранитных монолитов.

На скале очерчивали контур заготовки, по его периметру высверливали отверстия, в них вставляли железные клинья. Рабочие располагались так, чтобы перед каждым было по три клина. По сигналу они вбивали клинья кувалдами до появления трещин по периметру заготовки.

В трещины вставляли железные рычаги, и с их помощью из скалы выламывали гранитный блок. Воротами его скатывали вниз, на деревянный помост, и вчерне обрабатывали, придавая форму будущей колонны.

На одном из заводов крупного петербургского промышленника Ч.Берда были построены специальные баржи для перевозки гранитных заготовок. Каждую баржу с заготовкой буксировали два парохода до пристани на Неве, у Сенатской площади, где заготовки выгружали и доставляли на строительную площадку по впервые использованному в России рельсовому пути.

Здесь каменотесы придавали колонне окончательную форму, затем ее шлифовали и полировали. В первую очередь колонны начали устанавливать на четырех портиках будущего собора. Причем в отличие от сложившейся строительной практики, ставили их до возведения стен храма.

Колонны поднимали вертикально с помощью лесов оригинальной конструкции инженера А. Бетанкура. Леса высотой 22 м представляли собой сооружение из четырех рядов вертикальных стоек, перекрытых мощными балками. По сторонам лесов находились 16 горизонтальных чугунных воротов (кабестанов) с рычагами, каждый из них приводился в движение восемью рабочими.

Леса укрепляли установленные под углом балки, подпирающие конструкцию. Именно леса побудили Монферрана воздвигать стены здания позже, иначе построить подобные конструкции на портиках было бы невозможно.

Первая из 48 колонн портиков была установлена 20 марта 1828 года. за ее подъемом наблюдали император Николай I с семьей и многочисленные иностранные гости, специально приехавшие для этого в Петербург.

Гранитную колонну массой около 115 т, обшитую войлоком и циновками, обвязали прочными корабельными канатами. При помощи деревянных катков рабочие вкатили колонну в один из пролетов лесов и закрепили концы канатов через систему блоков на кабестанах. По сигналу 128 человек начали вращать кабестаны, и колонна была поднята вертикально за 40 - 45 мин.

Перед тем, как император Николай I дал Высочайшее соизволение на устройство подобной конструкции, он распорядился предоставить ему модель лесов.

В 1826 году ее изготовили мастера Д.Биллинг и братья Столяровы. В настоящее время эта модель экспонируется в музее. Последняя колонна портиков была установлена 11 августа 1830 года, а всего Исаакиевский собор украшают 112 гранитных колонн различной величины.

Следующим этапом строительства стало возведение стен. Строились они из кирпича, скрепленного известковым раствором. Для большей надежности ряды кирпичной кладки соединяли коваными железными связями.

По своей толщине стены Исаакиевского собора превосходят стены других сооружений города, северная и южная достигают 5 м, западная и восточная - 2,5 м.

В 1836 году возведение стен было завершено, и фасады начали облицовывать мраморными плитами толщиной около 5 см. Кирпичные своды Монферран решил изнутри оформить декоративными, не имеющими конструктивного назначения. Они состоят из железного каркаса, покрытого металлической сеткой, которую оштукатурили, и в местах, предназначенных для живописи, облицевали искусственным мрамором.

Расстояние между кирпичным и декоративным сводами составляет около 30 см. Двойное сводчатое перекрытие - одна из особенностей Исаакиевского собора. Подобная конструкция не встречалась до тех пор не только в России, но и в Западной Европе.

После возведения основания купола собора в 1837 году вокруг него установили 24 гранитные колонны массой более 60 т каждая. Поднимали их на высоту 43 м по наклонному настилу, устроенному внутри здания.

Монферран предложил заменить традиционную кирпичную кладку купола металлическими конструкциями. Это позволило снизить стоимость работ на 2 млн. рублей и возвести купол за 3 года вместо 6 лет. Но самое главное, это давало возможность облегчить верхнюю часть здания и ослабить его неравномерную осадку.

Архитектор Исаакиевского собора талантливо использовал опыт Кристофера Рена, создавшего трехчастную кирпичную конструкцию купола собора св. Павла в Лондоне.

Купол Исаакиевского собора так же состоит из трех взаимосвязанных частей: внутренней сферической, средней конической и наружной параболической. Первые две образованы каждая 36-ю чугунными фермами. Обе части соединяются друг с другом мощными болтами.

Для утепления здания и улучшения акустики в пространство между фермами этих частей заложили около 100 000 керамических пустотелых цилиндров (гончаров).

Параболическая часть соединена с фермами конической металлическими связями. Эту часть облицевали позолоченными медными листами. Медь золотили с 1835 по 1843 год достаточно необычным способом.

Листы меди покрывали амальгамой (сплавом золота и ртути) и, нагревая их над жаровнями, выпаривали ртуть. Золочение каждого листа делали трижды. Подобный метод позволил сохраниться позолоте купола собора без повреждений на протяжении более чем полутора веков.

Некоторые специалисты считают, что конструкция металлического купола Монферрана была использована в 1860-х годах при возведении купола американского Капитолия.

Позолоченные купола православных храмов встречаются достаточно часто, но золоченый купол Исаакиевского собора по своим размерам единственный в своем роде не только в России, но и в мире. Диаметр купола - более 25 м.

В 1843 году строительство здания собора завершилось, но уже в 1841 году начались работы по его внутреннему художественно-декоративному оформлению.