В процессе работы над оформлением Казанского собора скульптор выполнил три гипсовые статуи: Ильи Пророка, архангела Михаила и аллегорическую фигуру Веры для главного алтаря. Все они, по причине недолговечности материала, не сохранились.
В этой грандиозной постройке по-новому была решена проблема синтеза искусств. Скульптурное убранство здания строго подчинялось его архитектурной композиции. Тематика скульптуры была призвана раскрыть основную идею сооружения - одновременно гражданское и культовое его назначение. В интересе к отечественной истории отразилась патриотическая направленность общественных взглядов в первом десятилетии XIX века. Этим объясняется и обращение к образам русских князей. В Казанском соборе нашел свое выражение новый принцип синтеза архитектуры и скульптуры: при органическом единстве все виды искусства обладают относительной самостоятельностью. Основной художественный замысел принадлежал А. Н. Воронихину, но зодчий обладал удивительным тактом не ограничивать инициативу скульпторов. Он давал лишь общую схему пластических композиций, предоставляя ваятелям по-своему развивать тему.
Работы Демута-Малиновского для Казанского собора были высоко оценены советом Академии. За эскиз статуи Ильи Пророка скульптор получил звание академика. Такое право представить в совет Академии незаконченную работу было дано скульптору в виде исключения по причине очевидности его заслуг. За статую Андрея Первозванного он был произведен в адъюнкт-профессоры. Создание пластического оформления Казанского собора было для скульптора серьезной школой высокого профессионального мастерства.
Творческое содружество Демута-Малиновского с архитектором А. Н. Воронихиным и скульптором С. С. Пименовым, сложившееся при строительстве Казанского собора, нашло продолжение в их совместной работе над другим крупным сооружением начала XIX века - Горным институтом. Постройка Горного института имела большое градостроительное значение, так как по своему положению здание являлось своеобразными морскими воротами города со стороны Финского залива. Архитектурный фон для скульптуры отличается предельной простотой и ясностью. Он представляет собой двенадцатиколонный дорический портик. Выбор персонажей для скульптурного оформления здания был продиктован темой всего сооружения. Скульптура призвана здесь также смягчить суровость и лаконизм архитектурных форм.
Все скульптурное оформление Горного института, за исключением группы «Борьба Геракла с Антеем», выполненной Пименовым, принадлежит Демуту-Малиновскому. Это группа «Похищение Прозерпины Плутоном» и два барельефных фриза - «Апполон, приходящий к Вулкану за колесницей» и «Венера, требующая от Вулкана доспехи Марса». Для пластического убранства был использован пудостский камень. Работы проводились с 1809 по 1811 год.
Выбор мифологических сюжетов для скульптуры Горного института раскрывает назначение здания как школы, где готовили инженеров по освоению земных недр. Герои композиций: Плутон - властелин подземного царства, Антей - сын богини земли Геи, Вулкан - бог кузнечного ремесла и подземного огня. Следует заметить, что русские художники по-новому переосмысливали античные мифы, вкладывая в мифологические образы современное актуальное содержание. В иносказательной, аллегорической форме они стремились передать мужество, доблесть, силу и непобедимость русского народа. Двухфигурные композиции Пименова и Демута-Малиновского фланкируют широкий лестничный спуск и располагаются на фоне мощного греко-дорического портика. Группы расположены на значительном расстоянии от колоннады, что представляло определенную сложность в работе. Необходимо было создать круглую скульптуру, которая обозревалась бы со всех сторон, сохраняла относительную самостоятельность и в то же время была связана с архитектурным сооружением.
В композиционном решении обеих групп можно отметить много общих черт. Своими массами они уравновешивают друг друга. Сходны их силуэты. Опорные фигуры, стержни групп - это Плутон и Геракл. Они решены в большой степени монументально и устойчиво. Фигуры Прозерпины и Антея композиционно согласованы: оторванные от земли, они возвышаются над двумя другими фигурами и отклонены в стороны. Группа «Похищение Прозерпины» располагается на площадке слева от лестничного спуска. Бог подземного царства, широко шагая, несет сопротивляющуюся Прозерпину; его фигура напряжена, голова опущена, выражение лица сосредоточенно. Прозерпина пытается вырваться из объятий Плутона, левой рукой она отталкивает его, безвольно заломлена над головой ее правая рука. У основания группы - Кербер, трехглавый пес, страж подземного царства. Образы героев построены на противопоставлении. Если в Плутоне подчеркивается могучая сила - косматая грива волос, упрямый наклон головы, волевой жест рук, то образ Прозерпины - сама женственность. Жест руки, которой она отталкивает своего похитителя, выражает скорее отчаяние, невозможность изменить свое положение, чем борьбу. По характеру решения группа близка к античным образцам. Это проявляется и в композиции, и в типах лиц.