Пластическое оформление арки представляет собой сложную систему скульптурных и орнаментальных композиций. Комбинации из оружия и воинских доспехов, фигуры воинов в античных одеяниях, превосходно прорисованный фриз из шлемов и гирлянд, летящие фигуры Слав, военные трофеи и главная группа постройки - венчающая арку колесница, вырисовывающаяся на фоне неба, в полной мере раскрывают художественный замысел зодчего - идею победы и триумфа.
Фасад арки со стороны Дворцовой площади имеет скульптурное оформление соответственно этажам здания. На уровне первого этажа на постаменте расположена композиция из военной арматуры (воинских доспехов). Между колоннами на уровне второго этажа - фигуры античных воинов, над ними - так называемые «малые арматуры». В падугах - две фигуры летящих Слав. Венчает арку колесница Победы.
Идея завершения арки триумфальной колесницей была выбрана Росси не сразу. Первоначально зодчий разработал проект сложной скульптурной композиции, схожей с группой на аттике садового фасада Михайловского дворца: две женские фигуры поддерживают щит, вокруг них - знамена и прочие военные трофеи. Далее, прежде чем найти нужное решение, архитектор разработал несколько вариантов колесниц Славы.
Объем скульптурных работ для арки Главного штаба был определен Росси к марту 1827 года. Несколько скульпторов подали прошение о заключении с ними договоров на эту работу. Среди них были русские и иностранные мастера: П. В. Свинцов, И. Леппе, Н. А, Токарев, Александр Трискорни. Росси отдал предпочтение известным ему по совместной работе скульпторам Пименову и Демуту-Малиновскому. В журнале комиссии о застройке площади против Зимнего дворца около их фамилий карандашом было помечено: «Архитектор Росси желает, чтобы сим профессорам преимущественно отдана была оная работа, по известности ему их талантов» [16].
Таким образом, вся работа по пластическому оформлению арки была передана этим двух мастерам. Скульпторы работали в тесном контакте, поэтому в ряде случаев сложно связать конкретные работы с именем того или другого мастера. Что касается создания арматур, то они выполнялись по подробнейшим рисункам Росси, поэтому судить об оригинальности их исполнения не представляется возможным. Остальное скульптурное убранство здания было решено зодчим в самых общих чертах, поэтому в них скульпторы смогли в большей мере проявить творческую свободу.
На основании отчетов Академии художеств известно, что Демут-Малиновский выполнил «гипсовые модели колоссальных коней, запряженных в колесницу, а также воинов и модели орнаментов, из коих первые выбиты из латуни, а последние отлиты из чугуна для Главного штаба» [17]. Более конкретные данные об авторстве скульпторов можно почерпнуть из «Отечественных записок», где сообщается, что Демутом-Малиновским были выполнены «колесница с двумя конями и воин, удерживающий их левою рукою, огромные трофеи и арматура по рисункам г. архитектора Росси», а также «молодой воин […]» [18]. Кроме того, скульптору принадлежит и модель колесницы. Вся остальная пластика создавалась по моделям Пименова.
Арка Главного штаба играет важную роль в ансамбле Дворцовой площади в целом. Именно в ней сконцентрировалась основная идея ансамбля - торжество победившего народа. Не случайно поэтому главный фасад арки, обращенный в сторону Дворцовой площади - месту военных парадов, украшен скульптурой военного содержания.
Арка являет собой пример органичного синтеза архитектуры и скульптуры, продиктованного идеей всего сооружения. Скульптура выявляет основные архитектонические узлы сооружения, находится в полном соответствии с тектоническим ритмом здания Главного штаба. В данном случае можно говорить о полноценном синтезе, когда оба вида искусства взаимодействуют в нем как равноправные. В то же время архитектура ни в коей мере не довлеет над скульптурой, фигуры свободно размещаются в архитектурном пространстве, позы их естественны, движения свободны. Строгость архитектурных форм смягчена удачно найденным решением пластических композиций.
На уровне первого этажа здания арку фланкируют композиции из военных доспехов. Они помещены на массивных постаментах перед стеной. Комбинации из щитов, панцирей, шлемов, пик составлены таким образом, что при первом взгляде создается впечатление поколенно изображенного воина в доспехах. Иллюзия достигается благодаря расположению деталей соответственно частям человеческого тела. Центр занимает панцирь, повторяющий своими формами мужской торс. Шлем с пышным султаном располагается на уровне головы. В целом композиция производит впечатление мощи и незыблемости. Оно усиливается в контрасте с легким рельефом на постаменте, на котором изображены ликторские пучки с секирами и львиная маска.