Проекты, собранные в альбом, А. Бетанкур представил царю. Рисунки понравились Александру I мастерством и изяществом исполнения, и вскоре был подписан указ о назначении Монферрана «императорским архитектором», одновременно ему поручалась подготовка проекта перестройки Исаакиевского собора. Требование императора сохранить алтарную часть третьего собора оставалось неизменным, и это обстоятельство в значительной мере сковало творческую свободу архитектора.
В письме к архитектору Ш. Персье Монферран отмечал: «…вскоре после моего назначения архитектором двора я получил приказ заняться перестройкой собора. Проекты… делались по приказу государя уже лет 15… Рассудив, что, раньше чем делать проект, нужно узнать вкус заказчика, я сделал целый ряд эскизов, совершенно различных»,
В проекте, составленном в 1818 году, Монферран, следуя указанию Александра I, в частности, предусмотрел сохранение алтарной части и подкупольных опорных столбов - пилонов. Разборке подлежали колокольня, алтарные выступы и западная стена прежней ринальдиевской церкви, а южная и северная стены сохранялись. Увеличение здания намечалось лишь в длину, ширина же оставалась прежней, и оно в плане приобрело форму прямоугольника. Высота сводов также не изменялась. С севера и юга предполагалось возвести колонные портики. Собор в соответствии с «греческим каноном» должен был завершиться большим куполом и четырьмя малыми по углам. Внутри Монферран полагал сделать облицовку мрамором, а своды украсить живописью, скульптурой и позолотой. Архитектор, увлеченный своим будущим созданием, мечтал о сооружении, поражающем богатством материалов, благородством архитектуры, соперничающем с прекраснейшими храмами Италии.
Он стремился связать здание и с окружающими постройками, «ибо разнообразные строения, произведенные окрест сей церкви, - считал он, - требовали, чтобы она входила в целый состав как существенный предмет при воззрении на все вместе, а не расстраивала бы сего вида». С этой целью предполагалось произвести перепланировку Исаакиевской и Сенатской площадей, возведя с западной стороны здание, фасад которого повторял бы фасад строившегося дома Лобапова-Ростовского, выдержанного в традициях классицизма. Постройки, окружающие собор, должны были подчеркивать его архитектурную значимость и обеспечить создание единого архитектурного ансамбля.
Вскоре после утверждения проекта здание старого собора было обнесено высоким забором. За ним выросли хозяйственные строения, началась разборка стен ринальдиевской церкви и подготовка к закладке нового фундамента, 26 июня 1819 года состоялась торжественная закладка собора. На месте будущего сооружения прямо на сваи был положен первый гранитный камень с бронзовой позолоченной доской, на которой была выгравирована дата закладки.
План собора по проекту О. Монферрана. 1818 г.
В 1820 году Монферраа выпустил великолепный альбом с гравюрами, изображающими планы и фасады будущего сооружения. На его титульном листе был начертан девиз: поп omnis moriar (не весь умру). О поспешном издании этого альбома архитектору вскоре пришлось пожалеть: ему были предъявлены обвинения в техническом несовершенстве проекта и серьезных ошибках, допущенных в нем.
Главный фасад собора по проекту О. Монферрана. 1818 г.
С резкой критикой проекта выступил архитектор А. Модюи, приехавший из Франции в Петербург в 1808 году и бывший одним из членов «Комитета по делам строений и гидравлических работ». В октябре 1820 года он представил записку с замечаниями по проекту Монферрана в Академию художеств.
Суть этого документа сводилась к трем основным положениям: сомнение в прочности фундамента и его способности выдержать здание; сложность создания связи старой и новой частей постройки и возможность неравномерной осадки; неправильное проектирование купола, диаметр которого превышал допустимые размеры и создавал опасность обрушения при опоре на разные по времени постройки пилоны.
Помимо замечаний по существу проекта, Модюи допустил выпады личного характера, объявив Монферрана некомпетентным в вопросах архитектуры и строительства. По мнению французского посла в России графа де ла Ферронр, последнее было вызвано завистью к успехам соотечественника, быстрая карьера которого не давала покоя Модюи. Стремясь очернить Монферрана, он пишет на имя царя несколько писем-доносов. История эта приобрела широкую огласку.