Але найбільшого розмаху будівництво імператорської резиденції досягло у часи, коли тут працював один з найвидатніших російських зодчих обер-архітектор Варфоломій Варфоломійович Растреллі.
З 1751 року Растреллі очолив усі будівельні роботи у Царському, а потім протягом шести років повністю перебудував палац, споруджений за проектом А. В. Класова. Фактично Растреллі спроектував зовсім новий будинок.
Геніальний архітектор вклав у будівництво палацу і в опорядження його внутрішніх приміщень всі свої неабиякі творчі сили і талант.
П'ять однакових корпусів із сніжнобілою колонадою з'єднувалися між собою легкими, немов просвітчастими галереями в одне ціле. Тому, хто дивився на них вперше, могло здатися, що всі вони однакові. Але досить було вгледітися пильніше, і це помилкове враження зникало. Ставало очевидним, що кожна стіна — самостійний твір мистецтва. Правда, між високими арками були простінки однакового розміру, але їхнє декоративне оформлення в міру наближення до центральної частини палацу ставало все багатше і різноманітніше. Білі півколони то стояли парами, то розсувалися і поступалися місцем портикам з вигнутими, ніби лук, навісами-фронтонами. Золочені скульптури майже повністю закривали простір між півколонами і дзеркальними вікнами палацу. По всьому фасаду блищало золото прикрас, і здавалося, що стіни — то тільки світло, що в них немає нічого матеріального, вагомого. Чудом архітектурного мистецтва, дорогоцінною перлиною Росії називали палац захоплені сучасники.
І поставили палац на вершині пагорба — його видно було здалеку, він виблискував, наче дорогоцінність, для якої, за висловом одного із сучасників-іноземців, на жаль, не зробили футляра, щоб зберегти від псування.
Але подив і захоплення кожного, хто приходив сюди, безмежно зростали, коли він потрапляв до внутрішніх приміщень.
Весь другий поверх являв собою ряд парадних кімнат, так звану Анфіладу. Тут було кілька десятків парадних кімнат, і кожна з них відзначалася своєю неповторною красою.
Хто був творцем усього цього? Квасов? Растреллі? Ні. Вони лише керували роботами, спрямовували їх до однієї мети, вкладали загальну ідею у працю сотень людей. Справжні творці незліченних разючих багатств; захоплюючих творів мистецтва здебільшого лишалися невідомі. Це ті працьовиті, вправні і вмілі люди, кого протягом століть зневажливо називали «мужиками», «бидлом», «холопами», вважаючи, що вони нездатні навіть зрозуміти красу і витонченість речей, створених їхніми власними руками.
Єлизавета згадала про янтарний кабінет у розпалі будівництва палацу. В книзі одного з перших істориків Царського Села Іллі Яковкіна є цікавий запис, що належить до 1755 року:
«Ее Величество, в Высочайшее свое присутствие в Царском, через Обер-Архитектора, повелела Июля 11 дня, Бригадиру Григорьеву, чтоб из Зимняго дома янтарный кабинет, через убиравшего оный янтарного мастера Мартеллі, со всякою осторожностию, собрав опять и уложив в ящики, перенести солдатам на руках в Царское, под присмотром самого мастера, и ему опять убрать оным янтарем во дворце царскосельском покой, который Ея Величеством для сего назначен будет».
Двадцять шостого липня сімдесят шість міцних гвардійців рушили у важкий похід з Петербурга до Царського Села. Тримаючи на руках ящики, солдати несли опорядження янтарного кабінету. Шість днів повільно посувалася незвичайна процесія. Першого серпня прибули на місце, а у вересні Мартеллі під керівництвом Растреллі закінчив роботу. Колишній янтарний кабінет віднині став янтарною кімнатою Катерининського палацу.
Важке завдання випало зодчим. Кімната, виділена «Ее Величеством», була набагато вища, ніж берлінська, з трьома дверима і трьома вікнами. Янтарю не вистачило, розмістити панно у колишньому порядку не вдавалося через різницю у плануванні.
Растреллі знайшов простий, справді геніальний вихід: він замінив янтар, якого бракувало, дзеркалами на білих із золотом піддзеркальниках у рамах, прикрасив їх позолоченими бра. Зробили це російські майстри-умільці Іван Копилов, Василь Кириков, Іван Богачов.
«Строгість стилю, художній задум Шлютера були порушені, — писав мистецтвознавець Вільчковський, але «варвар», який порушив твір «художника», був сам не меншин художник, і тому янтарний кабінет, ставши янтарною кімнатою, не втратив своєї художньої цінності. Янтарна кімната органічно ввійшла до гами парадних кімнат палацу, де Растреллі так широко розгорнув свій талант».
Геній Растреллі дав йому можливість тонко відчути задум Шлютера і Туссо і в нових умовах створити з їхнього матеріалу по суті зовсім оригінальний чудовий твір.