Работы на строительстве Петербурга были подобны каторжному труду; это сознавал и сам Петр I. Так, он предписывал военных дезертиров пороть и ссылать на каторгу, то есть на строительство Санкт-Петербурга, чтобы и впредь «таким с службы и из полков бегать было неповадно».
Цифра, названная в «Русских ведомостях», - 20 тысяч «подкопщиков», вероятно, преувеличена, но она характеризует широкий размах строительства, за которым неустанно следил Петр I. Когда царь находился в Петербурге, он посещал стройку чуть ли не ежедневно. До наших дней сохранился деревянный домик Петра I, построенный на Березовом острове вблизи того места, где возникала крепость.
По конфигурации острова крепость получила слегка удлиненную с запада на восток форму неправильного шестиугольника. Вдоль берегов были возведены прямые участки земляных валов - куртины, связанные на изломах бастионами, или раскатами, - угловыми укреплениями. Три бастиона были ориентированы на Неву, три - обращены к проливу, разделяющему Заячий и Березовый острова (ныне Кронверкский пролив).
Бастионная система, принятая Петром I для Петропавловской крепости, была разработана в конце XVII века французским военным инженером Себастьяном ле Претр Вобаном и для своего времени являлась последним словом фортификационного искусства.
Строительство было разбито на участки по числу бастионов. Непосредственное руководство и ответственность за возведение бастионов Петр возложил на своих приближенных: сооружением южного бастиона ведал К. А. Нарышкин, юго-западного - Ю. Ю. Трубецкой, за северо-западным бастионом наблюдал Н. М. Зотов, за северным - Г. И. Головкин, а северо-восточный был в ведении ближайшего сподвижника Петра I - А. Д. Меншикова. Их именами и были названы бастионы. Юго-восточный бастион, за сооружением которого следил сам Петр I, был назван Государевым, или Царским, раскатом.
Вдоль всего острова, примерно по его продольной оси, был прорыт канал шириной в 5 метров. За счет вынутой земли несколько повысили и укрепили низкие, частично заболоченные места острова. По каналу подвозились строительные материалы.
Осенью 1703 года на земляных балах куртин и бастионов было установлено 300 орудий из трофейных ШЕедских и снятых с новгородской крепости. На бастионах, обращенных к Неве, было установлено более чем по 50 орудий, державших под своим прицелом фарватеры рукавов Невы и южный ее берег.
На территории крепости предполагалось разместить гарнизон коменданта крепости, гауптвахту, цейхгаузы, провиантские и пороховые магазейны (склады), арсенал. Для этого по обе стороны канала возвели в четыре ряда мазанковые деревянные домики, крытые черепицей и дерном по бересте.
4 апреля 1704 года на Государевом раскате был впервые зажжен маячный фонарь. Он как бы символизировал скончание основных строительных работ. Интересно отметить, что когда фактически уже началось строительство города, Петр I еще долгое время городом называл крепость, может быть потому, что в ней в небольших строениях помещались сенат и соборная, первоначально деревянная, церковь. (Церковь была освящена 1 апреля 1704 года.) Сенат в 1714 году был переведен в специально отстроенное здание за пределами крепости на Троицкой площади.
В Библиотеке Академии наук СССР среди многочисленных чертежей так называемых Петровских альбомов сохранился один из первых проектных чертежей Петропавловской крепости, который датируется 1703 годом. На этом чертеже изображены контуры Заячьего острова неправильной удлиненной формы и характерное, несколько асимметричное очертание стен крепости с шестью бастионами, три из которых выходят за береговую линию острова в сторону Невы.
Земляные валы крепости возводились на ряжевых конструкциях, то есть на деревянных срубах, заполненных землей, глиной, камнем. Наружные склоны валов покрывали дерном, а внутренние обшивали тесом. Подсыпка и ряжевые основания позволили поднять стены куртин и бастионов и тем уберечь крепость от наводнений при подъеме воды в Неве 1. [1 См.: В. А. Б у т м и. Начало строительства Петропавловской крепости. Научные сообщения Государственной инспекции по охране памятников. Л., 1959, стр. 12.]