До приезда Монферрана в Россию, еще в 1800 г., в столице стали активно обсуждать проблему коренной перестройки Исаакиевского собора. Проекты строительства нового храма в разные годы предлагали весьма известные столичные зодчие – участники конкурса, программа которого была персонально разработана президентом Академии художеств А.С. Строгановым, предложившим конкурсантам А.Н. Воронихину, А.Д. Захарову, Ч. Камерону, Д. Кваренги, Л.И. Руска, В.П. Стасову, Т. Томону и другим зодчим решить проблему путем «изыскания средств к украшению храма, вместо имеющейся главы и колокольни сделать форму купола, которая придала бы величие и красоту зданию-объекту достойному украшению Исаакиевской площади». Однако ни один из представленных конкурсантами проектов тогда не был принят к исполнению, ибо авторы предлагали создать фактически новое храмовое сооружение, не сообразуясь с существующими на площади историческими постройками.
Война 1812 г. приостановила попытку разрешить сложный вопрос о строительстве нового Исаакиевского собора и создании более оригинального оформления одной из центральных площадей столицы. Лишь после победного завершения Отечественной войны в 1816 г. император Александр I обратился к Бетанкуру с настоятельной просьбой завершить проектирование собора и силами архитекторов вверенного тому «Комитета по делам строений и гидравлических работ» разработать необходимую проектную документацию.
Огюсту Монферрану повезло – он оказался тогда в нужном месте в нужное время. Незадолго до упомянутого распоряжения царя в адрес Бетанкура молодой архитектор уже являлся штатным сотрудником Комитета, и его начальник на деле узнал способности и таланты архитектора. Российский изобретатель, инженер-строитель, генерал-лейтенант и член-корреспондент Парижской Академии наук Августин Августинович Бетанкур познакомил Монферрана с деталями и проблемами перестройки Исаакиевского собора и оформления столичной площади и предложил ему составить проектную документацию и рабочий план ее успешной этапной реализации.
Работая над вариантом своего проекта, французский зодчий учел опыт многих европейских архитекторов и приобщил к проекту полный перечень строительной документации.
В декабре 1816 г. альбом с вариантами проекта величественного храма, с документами об архитектурном образовании Монферрана и с приложенной рекомендацией главного архитектора Парижа Молино начальник Комитета по делам строений и гидравлических работ генерал-лейтенант А.А. Бетанкур представил на утверждение императору Александру I.
21 декабря 1816 г. малоизвестный зодчий Огюст Монферран назначается императорским указом придворным архитектором, а следующим царским указом от 1 января 1817 г. он занимает должность начальника чертежной Комитета по делам строений и гидравлических работ – главного государственного проектного и строительного ведомства Российской империи.
Работа над реализацией утвержденного царем проекта продолжалась в течение сорока лет и потребовала от Монферрана отказа от старых конструктивных приемов строительной техники и организации оперативной подготовки широкого круга различных специалистов инженерно-строительного искусства.
Зодчему пришлось выполнить задачу впервые встретившуюся в архитектурной практике. Требовалось возвести крупное и весьма тяжелое строение значительного объема и высоты вопреки неблагоприятным геологическим условиям – на довольно сырой, болотистой почве. Подготовительная часть проекта была проведена автором весьма тщательно и внимательно. Архитектурный образ здания по идее Монферрана, предусмотренная им объемно-пространственная композиция и ее детали подчинялись архитектурной доминанте – огромному соборному куполу, размер которого на две трети превышал главный купол старого Исаакиевского собора. Главный купол Огюст Монферран окружил четырьмя малыми куполами-колокольнями. Центральную ось собора автор проекта рассматривал как главную ось Исаакиевской площади. При подобном расположении Исаакиевский собор стал играть главенствующую роль некоего «динамического центра, уравновешающего», по мнению архитектора-реставратора Александра Лукича Ротача и искусствоведа Ольги Александровны Чекановой, «своей вертикалью территориальную разбросанность Дворцовой, Сенатской и Исаакиевской площадей. Глава Исаакиевского собора становилась с таким расчетом, чтобы при обозрении ее с различных точек и расстояний образ самого сооружения оставался ясным, цельным и органично связанным с ансамблем той или иной из трех площадей».
Представленная Монферраном проектно-строительная документация и рисунки произвели на Александра I благоприятное впечатление. О своей работе над проектом Исаакиевского собора Монферран писал генеральному инспектору архитектуры города Парижа Ж. Молино: «Я получил через генерала Бетанкура распоряжение императора приступить к проекту собора. В течение июня и июля 1817 года я сделал планы и фасады». Два варианта были приняты. На них Александр I собственноручно начертал: „Быть по сему“».