Конкурсы 1881-1882 гг., собравшие много именитых участников, показали, что «русско-византийский стиль» не проходит. Александр III рекомендовал обратиться к русским образцам XVII столетия и к архитектуре Ярославля и Москвы, построить храм «в чисто русском стиле». Среди многих видных архитекторов, участвовавших в конкурсах (Л. Н. Бенуа, А. И. Резанов, В. А. Шретер, Р. И. Кузьмин, А. М. Павлинов), получил одобрение проект И. В. Малышева и А. А. Парланда в краснокирпичном московско-ярославском стиле с использованием композиционных приёмов и форм храма Василия Блаженного в Москве и Владимирского собора в Киеве. В нишах цоколя установлены двадцать гранитных досок с высеченными на них надписями о выдающихся событиях царствования Александра II. Во внутренней отделке применены итальянские разноцветные мраморы и русские самоцветы. Над мозаикой и живописью работали художники В. М. Васнецов, М. В. Нестеров, А. П. Рябушкин, Н. А. Бруни и др. Храм был завершён в 1907 г. Он стал единственным в стране своеобразным музеем русского мозаичного искусства.
А. А. Парланд писал: «Задача состояла не только в изучении и разборе богатого материала, дошедшего до нас в памятниках старины, но, главным образом, в удачном выборе только тех приёмов и деталей, тех типично русских оттенков, представляющих собой как бы последний фазис развития стиля XVII в. Но этим ещё не исчерпывается задача зодчего, стремящегося соорудить постройку, которая производила бы впечатление естественного, нормального продолжения прерванного национально-художественного развития. Одно повторение, воспроизведение, хотя бы с величайшей верностью и точностью подходящих к задачам приёмов и деталей, было бы здесь не вполне уместным. Необходимо, чтобы чувствовалось, созерцалось, так сказать, это продолжение развития в художественно-национальном направлении, что может быть достигнуто лишь одним путём, а именно: дальнейшей разработкой избранных приёмов и деталей, стараясь приблизить их к идеалу совершенства». А. А. Парланд в определённой мере создавал собирательный образ русского храма.
Собор привлекает многочисленностью декора — фигурными наличниками, кокошниками, заполненными мозаичными вставками, поясками, изразцами, разноцветной черепицей. Особый интерес представляет покрытие пяти глав собора ювелирной эмалью площадью 1’000 квадратных метров. Применение эмали в таком объёме в истории русского зодчества уникально. Впервые широко применялось и наружное декорирование зданий мозаикой.
К зданию с западной стороны примыкает двухъярусная колокольня, которую от цоколя до карниза оформляют мозаичные гербы городов и губерний Российской империи. Завершает колокольню купол на высоком барабане.
С северо-запада и юго-запада к колокольне примыкают крыльца, оформляющие вход в храм. Крыльца идентичны, имеют шатровый верх, увенчанный двуглавым орлом. У подножия шатра — три яруса округлых кокошников с мозаичными тимпанами. Шатры и скаты покрыты разноцветной черепицей. По гребню скатов установлена медная позолочённая решётка с растительным орнаментом.
В целом декоративное убранство собора включает в себя черты, близкие к стилевым приёмам эклектики: повышенная декоративность, обилие и заметная измельчённость деталей, не связанные с конструктивной основой элементы композиции.
Разнообразие силуэта, игра живописных форм здания невольно выделяет его из классического ансамбля центра города, внося оживление в строгие, стройные, математически выверенные архитектурные формы классицизма.
В период царствования Александра III продолжались работы по преобразованию центра Москвы. Место площади постепенно заняла улица, система улиц и площадей. Вновь, как в классицизме, большое внимание уделяется ансамблю центра. В «русском стиле» реконструировалась система площадей, опоясывающих Кремль и Китай-город. Этапным событием в русской культуре явилось завершение строительства Исторического музея. Перед архитектором ставилась задача создать такое сооружение, которое бы образно выразило идею национальной самобытности русской культуры. Кроме того, само место, выделенное под строительство, вынуждало использовать в декоре мотивы стоящего напротив храма Василия Блаженного, что гармонировало бы с ансамблем Красной площади. Конкурс проектов выиграли архитектор В. О. Шервуд и инженер А. А Семёнов. 20 августа 1875 г. состоялась торжественная закладка здания Исторического музея, который открылся в 1883 г. В оформлении залов принимали участие въедающиеся русские художники В. М. Васнецов, И. К. Айвазовский и другие. Образ здания построен на идее воплощения исторической памяти, соблюдении принципов средневекового зодчества, созвучии силуэта и пластики стенам и башням Кремля.