Особый интерес вызвали подъем и установка первой колонны, расположенной на восточном углу северного портика. Небывалое зрелище происходило 20 марта 1828 г. в присутствии императорской фамилии. В ознаменование этого события под колонну была положена платиновая медаль с профильным изображением Александра I. С помощью шестнадцати кабестанов колонну установили за сорок пять минут.
В течение последующих трех месяцев были установлены остальные пятнадцать колонн северного портика. Все работы по установке колонн завершили в 1830 г.
Кладка стен осуществлялась из кирпича на известковом растворе. Кирпичная кладка для большей надежности чередовалась с каменными прослойками. К основной кладке снаружи и внутри металлическими скобами прикреплялась мраморная облицовка. Строительство велось одновременно по всему периметру здания. Возведение стен до уровня колонн портиков завершилось в 1836 г. Наступил ответственный момент сооружения перекрытий. По первоначальному проекту предполагалось средние части портиков перекрыть коробовыми сводами, а боковые оставить плоскими с обработкой кессонами, как в римском Пантеоне. Пропорции портиков также были выдержаны в соответствии с выдающимся памятником древности. Подобное заимствование лучших образцов прошлого в эпоху классицизма считалось проявлением хорошего вкуса. Однако Монферран не копировал слепо эти образцы.
На основе самых передовых достижений строительной техники того времени он сумел создать собственную конструкцию, отличную от предшествующих. Традиционные кирпичные своды он заменил на полносборные чугунные фермы, связав их легкими металлическими стержнями со стропилами, поддерживающими кровлю. Одновременно они надежно скреплялись с основной кирпичной кладкой и мраморной облицовкой. Благодаря легким металлическим конструкциям Монферран исключил боковой распор и уменьшил нагрузку на несущие колонны и стены.
Все конструктивные изменения портиков архитектор внес в новый, третий по счету высочайше утвержденный проект, датированный 14 февраля 1835 г.
К концу 1837 г., когда было возведено основание барабана купола началась установка верхней колоннады. Для этого Монферран вынужден был разработать еще одну необычную конструкцию лесов, предназначенных для подъема на значительную высоту двадцати четырех колонн, каждая из которых весила шестьдесят четыре тонны. Весь процесс подъема и установки одной колонны на основание барабана длился два часа, притом что в работах было занято примерно триста человек. Однако если первая колонна была поставлена на место в начале ноября 1837 г., то последняя только через два месяца.
Теперь можно было начать сооружение самой ответственной и сложной части собора - купола на барабане. Но прежде чем приступить к детальной разработке купольного завершения, Монферран вновь обратился к богатому опыту своих предшественников. Он досконально, с карандашом в руках изучил конструкции куполов знаменитых сооружений Флоренции и Рима Лондона и Парижа, а также Петербурга. В результате вместо привычных кирпичных сводов, имевших место в предыдущих проектах, архитектор предложил собственную конструкцию из трех взаимосвязанных полносборных металлических оболочек, тем самым значительно опередив не только своих предшественников, но и современников. Если старший современник зодчего - архитектор А. Н. Воронихин, построивший Казанский собор, впервые в Петербурге создал металлический наружный купол при сохранении двух внутренних кирпичных сводов, то Монферран - автор первой цельнометаллической пространственной конструкции связанных воедино сводов.
Основное значение изобретения Монферрана заключалось в том, что металлические конструкции купола оказались в несколько раз легче сплошных кирпичных сводов. К тому же в пояснительной записке, приложенной к рабочим чертежам на строительные работы в 1838-1840 гг., архитектор указал, что сооружение купола по новому проекту позволит сэкономить два миллиона рублей - сумму астрономическую по тем временам.