Канцелярия от строений объявила конкурс на разработку нового проекта. Победителем стал архитектор Антонио Ринальди. 4 июля 1766 г. императрица утвердила его проект, и в течение шести лет на сооружение собора выделяли необходимые средства из казны – храм не мог быть построен на местные средства, т.к. вместимостью почти пятикратно превышал потребности прихода. Распорядителем работ был инженер Алексей Афанасьевич Дьяков, руководитель восстановления колокольни Петропавловского собора. 12 июня 1772 г. пожар уничтожил мазанковый Успенский собор и повредил каменный, в котором оставалось произвести лишь внутреннюю отделку. На этом финансирование работ вновь прекратилось. Больше 15 лет приходу пришлось довольствоваться временным Успенским храмом, оборудованным по смете А.А. Дьякова в подсобном помещении, при соборной колокольне. Настоятелем собора с 1745 по 1778 гг. служил протопоп Иаков Борисов. После его выхода за штат в соборе до конца 1859 г. в связи с малочисленностью прихода служил один священник. 31 мая 1783 г. Екатерина II поручила окончить строительство архиепископу Новгородскому и Санкт-Петербургскому Гавриилу (Петрову; с 22 сентября того же года – митрополит), главному директору конторы строения Александро-Невского монастыря. Непосредственным исполнителем проекта стал «архитекторский помощник» Михаил Емельянович Мелентьев – ученик и ближайший помощник Ивана Егоровича Старова при возведении им Троицкого собора в Александро-Невской обители. По сметам М.Е. Мелентьева была осуществлена вся внутренняя и наружная отделка Успенского собора (1783–1789 гг.; участие И.Е. Старова в окончании строительства храма исследователи также не исключают). За полтора месяца до указа о завершении строительства Успенского собора в Российскую державу вошёл Крымский полуостров. Несколько раньше, 22 сентября 1782 г., императрица учредила орден равноапостольного князя Владимира, а в 1787 г. посетила Крым. В 1788 г. исполнилось 800 лет Крещения Руси. Все эти обстоятельства способствовали тому, что при завершении отделки каменного Успенского собора, строительство которого длилось 48 лет (дольше, чем какого бы то ни было столичного храма) его главный престол был освящён 1 октября 1789 г. во имя равноапостольного князя Владимира (малый храм, освящённый в 1772 г. в западной части собора, превратился в боковой Успенский придел). Наряду с сооружённым в те же годы (1783–1789 гг.) Таврическим дворцом санкт-петербургский Князь-Владимирский собор знаменовал обретение Россией купели своего Крещения. Пятиглавый собор с ярусной колокольней – доминанта юго-западной части Петроградской стороны (высота центрального купола 44,7 м, колокольни – 57,5 м). Он занимает центральное место в панораме города, открывающейся из парадных залов невской анфилады Зимнего дворца, колокольня служит ориентиром для судов, плывущих из Финского залива в Малую Неву. Сочетание в архитектуре собора черт барокко и раннего классицизма является результатом его длительного строительства. Стилевым решением храм обязан больше всего проекту А. Ринальди.