Рельефы фронтонов, несомненно, принадлежат к лучшим произведениям декоративной скульптуры 1840-х гг., для которой характерны цельность композиции, сильная пластика, монументальность образов.
Установка тяжелых рельефов представляла значительные трудности. Чтобы не повредить карнизы, барельефы заключили в мощную железную арматуру, укрепленную в тимпане каждого фронтона с помощью многочисленных У-образных железных отростков — креплений металлической конструкции тимпана. Благодаря этой системе барельефы, весом 80 тонн каждый, свободно висят, а не упираются в карниз.
Витали является автором расположенных на углах и вершинах фронтонов статуй апостолов и евангелистов. В общей архитектурной композиции собора статуи апостолов, как и евангелистов, должны смягчать контраст между вертикалью купола и нижней частью здания, создавая спокойный переход. Учитывая местоположение скульптур, Витали придает контурам резкость, а положению фигур статичность, что при несколько грубоватой отделке и нарочитой неоконченности статуй создает впечатление большой монументальности и силы.
Работу Витали над фигурами апостолов и евангелистов контролировали Монферран, Комиссия строений и Синод. Архитектор определял, каким должен быть характер изображения каждого из апостолов, и необходимые атрибуты. По контракту скульптор был обязан «строго держаться религиозного характера и следовать в манере Рафаэлю и Пуссену». Однако Витали усиливает в облике апостолов народные, несколько идеализированные черты, что сближало эти произведения с монументально-декоративными работами таких скульпторов, как И. П. Мартос, С. С. Пименов и В. И. Демут-Малиновский.
Статуи, расположенные на высоте 30 метров, представлены как бы вырастающими из масс фронтонов. Впечатление устойчивости и монументальности образов достигнуто путем тщательно выверенных пропорций скульптур, согласованности их с архитектурой. Для Витали важны соотношения размеров отдельных частей и общей высоты фигур. Так, отношение головы статуи к общей ее высоте принято автором 1:6, а отношение ширины плеч к высоте 1:3. Такое намеренное искажение пропорций обусловлено тем, что на большой высоте происходит корректировка зрения и достигается нужный художественный эффект. Впечатление зрительной связи скульптур с пространством площади усиливается благодаря тому, что головы стоящих статуй евангелистов и апостолов наклонены вниз, а лаконичные линии очертания фигур и крупные складки одежд создают четко выраженный рисунок силуэта скульптур на фоне неба. Несмотря на то, что в общем решении скульптур Витали придерживался традиций русского классицизма, внимание к эффектам светотени, стремление передать характерность персонажей выделяет статуи апостолов среди работ других скульпторов этого времени.
Группы ангелов со светильниками создают переход от основного объема здания к верхней его части, поэтому они решены объемно и зрительно связаны с воздушной средой. Роль силуэта еще заметнее в общей композиции собора. Фигуры ангелов на углах аттика, как бы выступающие из стены, акцентируют углы и, продолжая линию пилястр, помогают выявлению архитектурных форм. Этому впечатлению способствует удлиненность фигур, которые при соотношении пропорций 1:10 кажутся легкими и вместе с тем монументальными.
Монферран использовал изобретение русского академика Б. С. Якоби для отливки скульптур внутреннего и наружного оформления способом гальванопластики. Придавая огромное значение этому изобретению, Монферран пишет: «Нас, наверное, осудили бы, если в такой постройке, как Исаакиевский собор, замечательной не только своим богатством, но и применением новейших достижений техники, мы для украшения его не использовали бы широко гальванопластики. Кроме того, нужно было воспользоваться случаем прославить это сделанное в России изобретение <…> По нашему мнению, гальванопластика прекрасно удовлетворяет основному условию работы — точному сохранению формы обрабатываемой детали. Нет сомнения, что если бы наши предшественники были знакомы с гальванопластикой, они так же, как и мы, оценили бы те огромные преимущества, которые архитектор может извлечь из этого нового метода, заменяющего одновременно отливку, чеканку и давильное мастерство» [61].
Рельефы трех больших двустворчатых дверей Витали выполнил при участии скульптора Р. Залемана по рисункам Монферрана. Двери составлены из гальванопластических и литых филенок на дубовой основе. Они поворачиваются на петлях, крючья которых заделаны в специально положенные во время кладки стен гранитные камни. Каждая створка весом 10 тонн открывается при помощи зубчатого механизма.