В 1779–1786 гг. эскарповые стены крепостной ограды, обращенные к Неве, по проекту инженера Р. Р. Томилина и под руководством инженера Ф. В. Бауэра были облицованы серым гранитом, в результате чего фасады южных полигонов крепости были органично включены в панораму невских берегов, одетых в гранит, и приобрели вид, соответствующий парадному центру города.
Работы по облицовке закончились в 1787 г. сооружением гранитных Невских ворот. На фасадах бастионов укреплены памятные доски с указанием даты окончания облицовки (Екатерининский бастион – 1780 г., бастион Петра – 1783 г.).
Таким образом, Петропавловская крепость приобрела форму сплюснутой шестиконечной звезды, в центре которой возвышался шпиль Петропавловского собора. Сформировался целостный архитектурный ансамбль, ядром которого стал собор, находящийся в пространственной взаимосвязи с триумфальными Петровскими воротами.
Эти каменные ворота в виде триумфальной арки, служащие для въезда в Петропавловскую крепость с восточной ее стороны, были построены по проекту Трезини в 1717–1718 гг. Первоначально на месте каменных стояли деревянные ворота, украшенные большим барельефом, изображавшим низвержение Симона-волхва апостолом Петром. Барельеф этот сохранился и был перенесен на каменные ворота. В 1722 г. над аркой установили отлитого из свинца и вызолоченного двуглавого орла.
Поверхность фасадной стены ворот обработана рустами. Стена первого яруса прорезана по сторонам проезда глубокими нишами, в которых установлены статуи: Беллоны – богини войны; и Минервы – покровительницы ремесел, наук и искусств.
В эффектном завершении ворот, образующем второй ярус сооружения, очень удачно применены волюты и венчающий центральную часть лучковый фронтон. Свободные плоскости стен верхнего яруса, как и фронтона, заполнены скульптурой – барельефами аллегорического содержания и композициями из эмблем, трофеев и доспехов.
Органически вошедшие в ансамбль крепости Петровские ворота – единственный сохранившийся в Петербурге образец триумфального сооружения начала XVIII века.
По краям раскрытой на центральную аллею единственной в крепости площади были поставлены Обер-комендантский и Инженерный дома и здание Главной гауптвахты.
Обер-комендантский дом – обширное здание, образующее в плане замкнутый четырехугольник с внутренним двором. Верхний этаж поставлен на низкий цокольный полуэтаж, отделенный сильной горизонтальной тягой. Скромность и простота оформления фасада, четкость и ясность внутренней планировки, органически связанной с фасадным решением, свидетельствуют о большом композиционном мастерстве автора проекта, военного инженера де Марин.
Обширное здание Инженерного делового двора, или Инженерного дома, имеет очертания правильного четырехугольника с высокой кровлей и внутренним двором. Плоскости фасадных окон расчленены по вертикали узкими рустованными лопатками. Окна с характерными лучковыми перемычками обрамлены несложными по рисунку наличниками.
Главная, или обер-офицерская, гауптвахта в Петропавловской крепости представляет собой двухэтажное каменное здание с мощным портиком из четырех сближенных попарно колонн, несущих антаблемент и невысокий фронтон.
Позднее на площади перед собором был построен Ботный дом, где хранился ботик Петра I, названный им «дедушкой русского флота». В детские годы Петр плавал на этом ботике по Яузе, а затем по Переяславскому озеру, учился править рулем и ходить под парусами.
Небольшой по размерам каменный павильон состоит из центрального зала и двух помещений по его сторонам. Высокая кровля с переломом искусно маскирует сомкнутый свод, перекрывающий центральный зал и поднимающийся выше карниза здания. Стены зала обработаны двенадцатью пилястрами ионического ордера. Прекрасно прорисованные капители украшены легкими и изящными гирляндами из цветов. Кровля увенчана небольшим постаментом и изящной по силуэту статуей – фигурой женщины, символизирующей навигацию.
Замыкал перспективу от Петровских ворот монументальный административный корпус Монетного двора. Центральный двухэтажный объем этого здания повышен по сравнению с его боковыми, тоже двухэтажными крыльями и увенчан широким, но низким треугольным фронтоном. Боковые крылья заканчиваются круглыми башнями, перекрытыми плоскими куполами.
Задуманная первоначально как военное фортификационное сооружение, исполненное по современной тогда системе французского военного инженера Вобана, Петропавловская крепость в качестве такового никогда не использовалась. В первой четверти XVIII века крепость приобрела известность как «русская Бастилия», или «русский Тауэр» – главная государева тюрьма. Допросы и розыски с применением пыток здесь вели первая и вторая Тайные канцелярии, затем Тайная экспедиция.