По возвращении Мичурина из Голландии "мастерство его искусства" было освидетельствовано архитектором X. Конрадом, а затем его экзаменовали П. Еропкин и Д. Трезини. Получив звание гезеля (низший ранг архитектора), Мичурин работал на строительстве дворцов Петербурга и его окрестностей по 1731 г., когда он был переведен в Москву, временно превращенную в столицу в связи с пребыванием в ней Анны Иоанновны и царского двора.
В эти годы, после разрухи и запустения конца XVII и начала XVIII века, здесь началось некоторое оживление строительства. Еще на рубеже столетий Петр I пытался привести в порядок застройку древней столицы, Страдавшей от постоянных пожаров. Начиная с 1699 г. издавались указы о соблюдении чистоты в городе, о строительстве на погорелых местах каменных зданий или мазанок; запрещалось строить деревянные дома в Кремле, Китай-городе и Белом городе. Предлагалось располагать их "в линию", а не внутри дворов. Вменялось в обязанность всем приезжающим в Москву привозить с собой булыжник определенной величины для мощения главных улиц города. Но в 1714 г. указ о запрещении каменных построек повсюду, кроме Петербурга, прервал эти меры, предпринимаемые для улучшения состояния города. Лишь в 1718 г. было разрешено строить каменные здания в Кремле и Китай-городе. Практически же ремонтные работы, преимущественно дворцовых строений, начались в связи с коронациями Петра II (1727) и Анны Иоанновны (1731). Вскоре императрица возвратилась в Петербург, но восстановительные работы в Москве уже не прекращались.
В 1731 г. в Москве началось составление плана города. Частично он был выполнен архитектором И. Мордвиновым, а после его смерти в 1734 г. все работы были продолжены Мичуриным. Благодаря энергии Мичурина план города был успешно выполнен. Гравированный в 1739 г., он получил наименование мичуринского.
Нанесение на план сети улиц и строений наглядно выявило беспорядочность московской застройки, давно вышедшей за пределы собственно города. Запутанность жилых кварталов, кривые улицы, переулки и тупики не только нарушали упорядоченность городской планировки, но и вступали в резкое противоречие с требованиями регулярности архитектуры, утверждаемыми тогда в строительстве новой столицы.
Мичурин, составляя план Москвы, вносил некоторые изменения в очертании улиц, выпрямлял их, устранял тупики. На выгоревших местах проектировалась регулярная застройка, предполагаемая к осуществлению в будущем. Была, например, намечена большая дорога от Земляного города к царской резиденции в Анненгоф, обстроенная «образцовыми» домами.
План Мичурина явился основой для дальнейшего упорядочения застройки Москвы и послужил отправным документом для архитекторов, трудившихся над ее совершенствованием. Так вместе с составлением мичуринского плана в московское зодчество вошла главнейшая тема русской архитектуры XVIII — начала XIX столетия — новое регулярное градостроение, получившее здесь местное истолкование, претворенное на почве древнего традиционного строительства Москвы.
При выполнении столь сложного, громадного по объему работ предприятия, каким было снятие плана города, Мичурин расширил и укрепил свою архитектурную команду. Он добился постоянного помещения для изготовления чертежей, увеличения числа учеников и помощников. К ним принадлежали Д. Ухтомский, В. Обухов, И. Евлашев и другие зодчие Москвы уже следующего поколения. Мичурин организовал московскую Архитектурную контору, положившую начало собиранию сил для формирования новой московской архитектурной школы, с развитием которой был связан значительный этап в истории московского зодчества.
Мичурин и его помощники продолжали и начатую Мордвиновым работу по поддержанию и восстановлению некоторых ветхих строений Москвы и Подмосковья. Зодчий выезжал также с этой целью в Тверь, Владимир, Коломну, Кострому и другие города. В числе видных архитекторов того времени — М. Земцова, И. Коробова, И. Шумахера и И. Бланка — он участвовал в освидетельствовании возводимой по проекту Г. Шеделя колокольни Киево-Печерской лавры.
Некоторые ремонтные и восстановительные работы перерастали в крупные проекты (реставрационные), в которых Мичурин проявлял себя не только как опытный инженер-строитель, но и как одаренный архитектор.
Таким проектом был замысел Мичурина, связанный с восстановлением рухнувшего в 1723 г. каменного шатра Воскресенского собора (1658–1685) в Новом Иерусалиме. Зодчие, осматривавшие поврежденный собор, предлагали разобрать его до основания и строить заново. Мичурин же, Исследовав в 1733 г. сооружение, пришел к заключению, что этот замечательный памятник русского зодчества можно восстановить в первоначальном виде, сохранив стены и возведя на них новый каменный шатер.
Предложение Мичурина не встретило возражений, но средства из казны перестали отпускаться, и начатые работы прекратились, когда над ротондой еще не был выстроен шатер. Восстановление собора было закончено позднее, по проекту Б. Растрелли, в соответствии с которым вместо каменного шатра, как это предусматривалось Мичуриным, был воздвигнут деревянный, а изразцовая облицовка — исключительный образец художественной отделки интерьера — заменена декоративной лепниной в духе барокко тех лет [Собор был разрушен во время Великой Отечественной войны].
Творчески отнесся Мичурин к возможности восстановления древнего дворца на Воробьевых горах. Дворец, основанный в селе Воробьеве в XV веке, был перестроен в конце XVII века, когда "под деревянные хоромы" был сделан каменный подклет (цокольный этаж). К началу XVIII в. деревянные части дворца совершенно развалились, и в 1737 г. Мичурину было поручено снять чертежи и выполнить модель дворца, а затем, по возможности, приспособить его для проживания.
Представленные Мичуриным чертежи были не только точной фиксацией фасада здания, но и, как полагают исследователи, являлись проектом его восстановления, в котором зодчий несколько переработал наружную отделку дворца.
Проект Мичурина не был осуществлен. Растрелли, осмотрев дворец, распорядился разобрать его деревянную часть. Был сохранен лишь фундамент, на котором позднее поставили перевезенный сюда Пречистенский дворец, построенный в 1774 г. М. Ф. Казаковым [В конце XVIII века дворец был разобран, деревянный материал взят для строительства в Кремле, а каменный фундамент употреблен при закладке А. Л. Витбергом храма на Воробьевых горах].
Уже в чертеже Воробьевского дворца можно заметить характерную для Мичурина склонность к сочетанию системы построения и правил классического ордера с формами и деталями старого московского зодчества.
На формирование творческой индивидуальности Мичурина повлиял не только технический характер его обучения за границей, но и деловая бюргерская архитектура Голландии и особенно утилитарное направление раннего строительства Петербурга, где проходили его молодые годы.
Свои технические знания Мичурин еще в ученический период стремился дополнить изучением собственно "Науки архитектуры". После смерти Петра I, будучи в Голландии, он вместе с Коробовым и Мордвиновым ходатайствовал о разрешении закончить архитектурное образование во Франции или Италии. Эта просьба не была удовлетворена, но Мичурину удалось продлить свое «пенсионерство» еще на два года. Он возвратился в Россию строителем, стоявшим на уровне современной ему западноевропейской техники, и хорошо подготовленным архитектором, осведомленным в теории архитектуры, как было отмечено в аттестате, выданном ему после проведенных испытаний.
В дальнейшем вся творческая жизнь Мичурина протекала в Москве, где его специальность «шлюзного» мастера не могла иметь применения. Он глубоко изучил московскую архитектуру и зодчество других старых городов, проникся совершенством их древних сооружений, высоким самобытным мастерством русских зодчих. Интерес Мичурина к древнерусскому зодчеству, его тщательность как реставратора проявились, в частности, при отстройке в 1744 г. собора Василия Блаженного, обгоревшего во время большого пожара 1737 г. Мичурин не только отремонтировал храм, но и составил его описание и план.