Восстановленные собор и колокольня в основных чертах были тождественны первоначальным, только иначе, проще был решен западный фасад да на новой колокольне появилась вторая (верхняя) пара гладких волют, выполняющих роль контрфорсов. Крыша в новом здании собора не мансардного типа - с изломом, а обычная - двухскатная, в куполе устроены круглые окна, благодаря чему он получил иное очертание, усложненное еще позолоченными украшениями. Упрощены портики. Вместо барочных с изогнутыми антаблементами выстроены более строгие портики, приближающиеся к классическому стилю.
Все сказанное подтверждается изображениями собора на многочисленных гравюрах, планах и старых чертежах. И. Г. Георги в «Описании столичного города Санкт-Петербурга» привел размеры собора. Собор имел в длину 30, а в ширину 14 сажен, высота по кровлю - 87з, а верхняя высота сводов - 9 1/2 сажен. Колокольня была возведена высотой в 30 сажен, а фонарик со шпилем и крестом - 55 сажен.
В середине XVIII века, в связи с восстановлением собора, возникла идея создать в нем монументальную гробницу Петра I. В 1758 году сенат представил на рассмотрение императрице Елизавете Петровне, дочери Петра, модель гробницы-монумента Петра I и его жены Екатерины. Автором проекта был великий русский ученый, поэт и художник Михаил Васильевич Ломоносов.
Проект был принят сенатом в результате своеобразного конкурса, проведенного в Академии художеств при Академии наук. В конкурсе приняли участие кроме Ломоносова академик К. Штеллин, архитектор И. Шумахер, скульптор И. Дункер и живописец Д. Валериани.
Замысел Ломоносова был грандиозен. Ломоносов предлагал под куполом собора на ступенчатом стилобате возвести гробницу в виде сложной аллегорической скульптурной композиции, окруженной громадными мозаичными панно.
На мозаичном пьедестале, «наподобие камня порфира, оправленном серебром», фигура Петра I должна была быть представлена в окружении восьми мозаичных колонн «наподобие камня лазуря» и четырех пар серебряных статуй: Премудрости и Мужества, Трудолюбия и Постоянства, Правосудия и Милосердия, Любви и Верности.
Сооружение из «жарко позолоченной» литой и кованой меди и черного российского мрамора замышлялось громадных размеров - 8,5 метра ширины и почти 15 метров высоты (4X7 сажен).
Эта композиция должна была находиться в окружении 12 колоссальных настенных мозаичных панно. Ломоносов возрождал забытую древнюю русскую традицию - украшения храмов яркой монументальной мозаикой, секрет которой был вновь открыт великим ученым и художником.
Мозаичные монументальные панно должны были заполнить все простенки с алтарной стороны и по бокам гробницы. Их сюжеты посвящались деяниям Петра I и аллегорическим аналогиям из жизни апостола Петра. В мозаиках Ломоносов хотел рассказать о государственной деятельности Петра, о подавлении стрелецкого бунта в Москве, о «великом посольстве» за границу. Отдельные мозаики должны были показать создание русского флота, взятие Азова, Полтавскую и Ган-гутскую битвы. Наконец, на одном из панно Ломоносов хотел запечатлеть основание Петербурга, Кронштадта и Петергофа, учреждение нового органа государственного управления - сената и т. д.
Ломоносов рассчитывал, что, если будет принят его проект монумента, ему поручат и реконструкцию здания. С необычайной смелостью он разработал проект радикальной перестройки собора, который, по его мнению, был тесен для задуманной гробницы, а купол не обеспечивал нужного освещения.
Ломоносов предложил: «Выняв четыре столба из середины и поставив четыре твердыя пилары, соединенные со стенами церковными, утвердить на них трибун и купол в диаметре десяти сажен».
Несмотря на отрицательные отзывы о технической стороне проекта перестройки собора, который, по мнению архитекторов В. И. Квасова, С. И. Чевакинского и других, мог быть осуществлен только в том случае, если здание будет полностью разобрано, проект Ломоносова получил в верхах одобрение. Ломоносову был дан заказ на исполнение громадных картин и икон в мозаике, которую он «по признанию Санкт-Петербургской Академии наук собрания художеств, до такого совершенства довел, что Римской и других земель не уступает» 1. [1 Н. Макаренко. Выставка Ломоносова и Елизаветинское время, т. VIII, Пг., 1917, стр. 168.]
Ломоносов обязался в шесть лет выполнить все мозаичные картины. Он обучил мозаичному мастерству группу учеников и с ними, преодолевая немало препятствий - и организационных и материальных, - через четыре года, в марте 1764 года, закончил первую картину, изображающую Полтавскую баталию, и начал следующую, парную ей, - «Азовское взятие».