Как было установлено особой комиссией, расследовавшей причины пожара (в нее входил и архитектор В. П. Стасов), «загорелось, по-видимому, потому, что пламя выкинуло из трубы через отдушник, оставшийся незаделанным при последней перестройке Фельдмаршальского и Петровского зала, имевшего деревянный свод». Огонь с загоревшихся досок хоров Фельдмаршальского зала и свода Петровского зала перебросился на высохшие деревянные перекрытия и беспрепятственно распространился по верхней части дворца.
Поэт В. А. Жуковский, бывший свидетелем бедствия, так описывает пожар: «Тогда вся громада дворца представляла огромный костер, с которого пламя восходило к небу высоким столбом под тяжелыми тучами черного дыма, то волновалось как море, коего волны вскакивали огромными зубчатыми языками, то вспыхивало снопом бесчисленных ракет, которые сыпали огненный дождь на все окрестные здания. В этом явлении было что-то невыразимое, - дворец и в самом разрушении своем как будто неприкосновенно вырезывался со всеми своими окнами, колоннами и статуями неподвижно черною громадою на ярком пламени».
Отстоять дворец от охватившего его огня при существовавших противопожарных средствах не представлялось возможным, поэтому все силы прибывших пожарных и воинских частей были брошены на спасение соседних зданий Эрмитажа с его художественными сокровищами и на вынос из горевшего дворца картин, драгоценностей и предметов дворцового убранства. Переходы в Эрмитаж были сломаны, проемы заложены кирпичом, крыша охранялась от падавших на нее горящих обломков, стена, выходящая к пожарищу, непрестанно поливалась водой из множества брандспойтов.
Той же зимой началось восстановление Зимнего дворца. Необычайно сжатые сроки работ потребовали огромного напряжения сил строителей (на работах было занято восемь тысяч мастеров). К марту 1839 года главные парадные залы были уже готовы. Работы производились под руководством и по проектам В. П. Стасова, которому было поручено восстановление фасадов и отделка парадных залов. Архитектору Александру Павловичу Брюллову (1798-1877) поручалось устройство жилых покоев.
При восстановлении Зимнего дворца перед В. П. Стасовым встала трудная как в художественном, так и в техническом отношении задача. Громадный дворец, созданный в чуждых ему архитектурных приемах барокко и обогащенный творчеством ряда выдающихся зодчих, следовало не только восстановить, но и приблизить его облик к художественным требованиям нового времени. С этой задачей Стасов справился блестяще. Внешний вид дворца архитектором был восстановлен почти без изменений, отделка ряда парадных залов творчески переработана.
В. П. Стасов - один из последних представителей школы русского классицизма. Излюбленным классическим ордером Стасова был дорический. «Мужественная величавость» - вот что, по словам архитектора, пленяло его в искусстве древних.
За исключением Главной лестницы, Большой церкви и предцерковного зала, воссозданных в том же стиле барокко, в котором они были выполнены Растрелли, Стасов восстановил классические парадные залы и среди них несколько залов Кваренги, придав им характерные для позднего классицизма черты.
Сохраняя основные пропорции, расстановку колонн и основное членение архитектурных масс, Стасов заменяет изысканность и парадность классических композиций XVIII века подчеркнутой статичностью и холодной величественностью. Залы отягощаются более рельефным и более условным лепным орнаментом. Видное место занимают пальметки и розетки, заимствованные из древнегреческого вазового орнамента и трактованные с подчеркнутым однообразием. Одним из излюбленных декоративных мотивов является так называемая арматура, или трофеи, - лепные и живописные композиции, составленные из щитов, шлемов, мечей, копий, стрел, панцирей, секир, знамен, двуглавых орлов и т. п. В композицию в изобилии включаются аллегорические фигуры в античных одеждах с условно трактованными строгими чертами лица, застывшие в спокойных и торжественных позах.
Многокрасочность почти исчезает, роспись потолков и стен производится серым по белому (гризайлью) в подражание лепке и скульптуре, с которыми она зрительно объединяется.
В парадных залах преобладает белый цвет, если вводится второй тон, то это слабо выраженный серый, желтый или палевый, иногда белая окраска сочетается с позолотой.
Военная галерея, Петровский и Фельдмаршальский залы, возникшие незадолго до пожара, были восстановлены Стасовым очень близко к их первоначальному виду.