Брюллову достались наиболее ответственные части росписи: купол, фигуры четырех евангелистов в парусах, двенадцати апостолов в барабане. Кроме того, он должен был написать несколько больших композиций на аттике: «Целование Иуды», «Несение креста», «Христос перед Пилатом» и «Бичевание Христа». Когда Брюллов не согласился внести в эскизы купола исправления, навязанные Монферраном, тот было добился отмены заказа Брюллову. Директор певческой капеллы А. Ф. Львов и Виельгорский начали хлопотать за Брюллова и через великих княжен Елену Павловну и Марию Николаевну добились, чтобы заказ был возвращен Брюллову. Все эти обстоятельства нервировали художника. На обороте письма от министра двора князя Волконского Брюллов как-то написал несколько раз подряд судорожной рукой: «Интриги Монферрана». Горячий спор завязался между архитектором и художником и по поводу того, на какой технике следует остановиться. Брюллов был за традиционную для русского монументального искусства фреску. Монферран утверждал, что фреска будет недолговечна в сыром петербургском климате, настаивал на технике масляной живописи и таки настоял на своем. Масляная живопись, конечно же, продержалась недолго. В результате в начале нашего века на основе брюлловских картонов, эскизов и чудом уцелевших фрагментов прежние росписи были заменены мозаикой. Как мы увидим дальше, роспись купола будет кончать по эскизу Брюллова Басин. Брюллову вообще не везло с его монументальными замыслами. А он, хоть и не имел практики в области монументально-декоративной живописи, всей душой стремился к ней, мечтал о счастливой возможности осуществить свои замыслы не в ограниченных рамках холста, а в широком пространстве стены, целого интерьера, даже анфилады зал. Несколько раз такая возможность, казалось, вот-вот представится.
В декабре 1837 года от пустой случайности загорелся Зимний дворец. Трое суток длился пожар, внутренние помещения дворца выгорели почти полностью. Иностранные газеты писали тогда, что на восстановление понадобится не менее четверти века. Однако уже через пятнадцать месяцев интерьеры были восстановлены. Правда, цена такой стремительности была дорогой — тысячи крепостных строителей, согнанных со всех концов империи, гибли бессчетно от недоедания и недосыпания. В числе трех главных архитекторов, назначенных руководить восстановительными работами, был и Александр Брюллов. Вот тогда-то у Карла и возникла идея предложить свои услуги по росписи восстановленных интерьеров. Жуковский, зараженный его грандиозной мыслью украсить стены дворца фресками на темы из русской истории, пытался уговорить царя, соблазняя его тем, что Зимний можно будет по убранству «уподобить Ватикану». Все было напрасно. Интерьеры были решены с невероятной пышностью и столь милой сердцу царя пестротою стилистических приемов: одни покои — «в готическом стиле», другие «в мавританском», третьи «в помпейском». Сорвалась, по воле царя, и другая возможность. В 1839 году была закончена строительством Пулковская обсерватория, тоже по проекту брата Александра. Видимо, он и предложил Карлу роспись купола. Еще не имея официального заказа, Брюллов горячо берется за дело. Изучает серьезнейшим образом астрономию, ходит на лекции Куторги в университет, делает множество эскизов. Однако и на эту работу не было дано высочайшего разрешения.
С тем большим воодушевлением начинает Брюллов работу над эскизами для Исаакиевского собора. Композитор Серов писал в письме к Стасову, что некоторые картины Брюллов переделывал до сорока раз. Приходилось вносить изменения и не по собственному разумению, а по указанию самых различных инстанций. Кто только не вмешивался в работу художников! Религиозная живопись находилась под бдительным оком и церкви, и цензуры, и царя. В постановлении от 6 сентября 1846 года в журнале академического Совета записано: «Определено: г-ну профессору Брюллову и академикам Риссу, Майкову и Плюшару, чтобы они картоны свои исправили по замечаниям св. Синода». Против указаний синода не возразишь — приходилось переделывать готовые работы. Затем являлся царь со свитою. Как рассказывает писательница Е. Ган, царю однажды привиделись в одном из образов Брюллова черты генерала Клейнмихеля. Он пришел в бешенство и даже хотел засадить художника на гауптвахту. Конечно, работать в таких условиях было чрезвычайно тяжело.