По проекту А. Квасова вся постройка сводилась к созданию среднего дома, соединенного галереями с двумя боковыми флигелями. Осуществление этого проекта началось в 1744 году, но так как Д. Трезини не мог уделять строительству достаточного внимания, руководство им перешло к архитектору С. Чевакинскому, который в проект А. Квасова внес свои изменения.
Выстроенный ими дворец, длиной более 300 метров, состоял из Среднего дома, двух боковых флигелей, церкви и Оранжерейного зала. Все эти здания были расположены на одной линии и соединялись четырьмя одноэтажными галереями, на которых были устроены «висячие сады».
Однако в мае 1752 года, когда сооружение этого дворцового комплекса было закончено и даже завершена отделка всего дворца, императрице его вид показался недостаточно пышным и парадным, а помещения малопригодными для многолюдных приемов и празднеств. Согласно ее указу от 10 мая 1752 года началась реконструкция дворца, руководство которой поручили архитектору В. Растрелли, к тому времени уже широко известному своими постройками в Москве и Санкт-Петербурге.
Впервые в Царском Селе В. Растрелли появился еще в 1749 году, когда во дворце делались балконы у Среднего дома, устраивалась балюстрада и золотились орнаменты на фасаде. Тогда архитектор производил во дворце лишь незначительные работы, в основном только надзирая за всеми дворцовыми строениями. Но в 1750-е годы талант В. Растрелли особенно полно раскрылся в разработке проектов грандиозных дворцов, воздвигавшихся «для единой славы российской».
В. Растрелли сохранил общие композиционные принципы дворцового ансамбля, но при этом отдельные корпуса слил в единый массив, надстроил стены и по-иному решил декоративную отделку фасада. Созданный им Большой дворец буквально ослеплял современников своей пышностью и блеском декоративного украшения.
К возведению царскосельского ансамбля были привлечены лучшие художественные силы России, а некоторые изделия по заказам двора выполнялись за пределами Царского Села. Так, например, расписные изразцы для печей изготовлялись на казенных кирпичных заводах Санкт-Петербурга; листовое золото в течение нескольких лет поставлялось из Москвы; кованые решетки балконов и дворцовые ограды по рисункам В. Растрелли исполняли Тульский и Сестрорецкий оружейные заводы; мраморные ступени лестниц и плиты для полов и садовых площадок — камнерезные мастерские Урала.
Парадные помещения Большого дворца В. Растрелли расположил анфиладой. Такой прием использовался при возведении многих парадных резиденций, как наиболее торжественный, и все же на этот раз он не имел аналогий. В Екатерининском дворце протяженность созданной В. Растрелли анфилады равнялась всей длине здания и составляла более 300 метров.
Эту анфиладу парадных помещений еще современники называли Золотой: не только стены, но и двери ее залов были украшены сложной золоченой резьбой. Особенно ошеломляло декоративное убранство Большого зала, или «Светлой галереи», как она именуется в старых описях. Это огромное помещение площадью 846 квадратных метров, казалось, не имело стен. Обилие света, льющегося с двухсторон через огромные двухъярусные окна, отражалось в многочисленных зеркалах, установленных в причудливых рамах в простенках между окнами — напротив друг друга.
Большой зал кажется бесконечным, он и производил впечатление уходящего вдаль золотого коридора. Иллюзию бесконечно раздвинутого пространства усиливал плафон «Триумф России», созданный «профессором пространства» Дж. Валериани — итальянским декоратором и живописцем. Этот плафон, состоявший из трех частей, был посвящен прославлению России на поле брани и в мирном созидании. Центральное место в композиции занимала женская фигура, олицетворяющая Россию; крылатые гении осыпали науки иискусства благами из рогов изобилия.
К сожалению, этот плафон не сохранился, так как быстро пришел в ветхость и был реставрирован в конце XVIII века. В середине XIX века плафон решили заменить новым: потолок «Светлой галереи» украсил новый плафон работы художников Вундерлиха и Француоли, изображающий «Науку, Искусство и Трудолюбие».
Размах строительных работ в Царском Селе был очень широк. К ним, кроме крепостных крестьян, привлекались также солдаты и матросы, поэтому возведение дворца шло круглый год, не прекращаясь даже в сильные морозы.
К концу XVIII века Царское Село в летнее время стало почти постоянным местом пребывания двора Екатерины II. Поблизости от дворца возводили себе дома придворные и дворяне, жаждавшие попасть ко двору. Возникает также слобода, в которой живут служащие, подрядчики, техники и мастера, увеличивается количество разнообразных «присутственных мест». Императрицу Екатерину II начинает тяготить это излишнее людское окружение вокруг ее резиденции, и она повелевает создать (на большом расстоянии от дворца) особый квартал «Софию», куда и препровождаются все учреждения и «служилые люди».