Александр Брюллов не остался в стороне от стилистических поисков. Стремление освободиться от «законов принятых правил» Брюллов осуществляет в своей первой постройке – здании церкви в Парголове, выполненной по заказу графини Полье. Несмотря на свои готические формы – шпиль, стрельчатые арки, витражи и контрфорсы, Парголовская церковь близка архитектуре русского классицизма, с которой ее роднит ясность и простота композиции, выразительность глади стен и сдержанность в применении скульптурного декора.
Другую свою раннюю постройку Брюллов осуществляет по заказу графини Юлии Павловны Самойловой – друга и почитателя таланта его брата. Дом Самойловой – относительно небольшое двухэтажное строение, замечательное своей продуманной планировкой, удобным размещением всех помещений и уютным, комфортабельным решением интерьеров.
В 1835 году архитектор построил на мызе Графская Славянка деревянный театр. Обращение к средневековому русскому зодчеству и, в частности, к народным деревянным сооружениям стало одним из направлений архитектурных стилистических поисков, вызванных к жизни романтизмом.
К постройкам Брюллова, осуществленным по заказам частных лиц и расположенным в окрестностях Ленинграда, относится и малоизвестная церковь Св. Екатерины в имении князя Л.П. Витгенштейна.
Первые постройки Брюллова, осуществленные им по заказам частных лиц в окрестностях Петербурга, создали ему репутацию талантливого, образованного зодчего и обратили на него внимание правительства. Строительство Михайловского театра (1831—1833) укрепило этот авторитет, и в 1833 году Брюллова привлекли к работе в Кронштадте. В этом году на утверждение Николаю I были представлены три варианта проекта здания Градских присутственных мест гражданского ведомства в Кронштадте, разработанные архитектором Э.Х. Аннертом. Царю не понравился внешний облик здания, в результате чего последовало указание: «…возложить на архитектора Брюллова сделать новые для главных фасадов сего здания рисунки по сделанным его величеством замечаниям».
В окончательном варианте высота здания уменьшена, архитектура фасадов отличается крайним лаконизмом, типичным для казенных зданий позднего классицизма. Центр выделен крупными проемами с пилястрами во втором этаже и фронтоном.
В 1834 году зодчий оформляет залы в доме Д.Л. Нарышкина, где аристократическая элита столицы устраивала праздник в честь совершеннолетия наследника. Используя в своих произведениях готические, ренессансные, классические архитектурные формы, Брюллов первым в России утверждает право архитектора на «воображение», на свободный выбор исторического стиля, наиболее соответствующего его творческому замыслу.
Не меньшее признание получило и живописное мастерство Брюллова. Многие стремились быть увековеченными его виртуозной кистью.
В 1831 году Александр Павлович женился на баронессе Александре Александровне Раль. Семья Брюлловых была большая: три дочери – Софья, Юлия, Анна и два сына – Владимир и Павел. Последний внес значительный вклад в историю русского искусства, став известным живописцем.
Несчастья начались в 1834 году, когда умер от чахотки младший брат Александра Брюллова Иван. В 1835 году Брюллов потерял отца и своего трехлетнего первенца. Эти горестные для Александра Павловича дни совпали с периодом его напряженнейшей работы над, пожалуй, самым значительным его произведением – Главной Пулковской астрономической обсерваторией Академии наук.
Создание Пулковской обсерватории стало крупным событием в культурной жизни России 1830-х годов. Местом для строительства была выбрана высшая точка Пулковской горы. В декабре 1833 года Брюллову и Тону поручили составление проектов, а 27 марта 1834 года специально созданная при Академии наук Комиссия о сооружении Главной Пулковской обсерватории рассматривала представленные варианты. Хотя архитектурное решение Тона импонировало ей «готическим» декором, комиссия высказалась в пользу предложения Брюллова. В протоколе она зафиксировала: «…отдавая должную справедливость изящным формам фасадов, проектированных обоими художниками, Комиссия единодушно признает внутреннее расположение по проекту г. Брюллова, несомненно, преимущественнейшим, по причине большей сообразности оного с учеными потребностями».
Художественный образ главного здания Пулковской обсерватории ярко отражает переходный характер архитектуры тридцатых годов. Греко-дорический ордер главного входа в его классическом виде, лаконичность и строгость композиции, соответствующие по представлению автора «храму науки», сближали это сооружение с архитектурой строгого классицизма. Архитектурные же формы боковых частей центрального здания – плоский рельеф и мелкий рисунок деталей, поэтичный облик статуй – свидетельствовали, что это произведение новой эпохи. Жилые корпуса Пулковской обсерватории представляли образец традиционной классицистической безордерной композиции. Гладкие стены, расчлененные междуэтажной горизонтальной тягой, были прорезаны прямоугольными окнами с наличниками.
С июля 1836 года Брюллов все время проводил на строительстве, поселившись в Пулкове в доме крестьянина. Летом 1839 года обсерватория была закончена. Первым ее директором стал В.Я. Струве. Пулковская обсерватория размахом и совершенством своей научной деятельности вскоре заняла первое место в мире.
В августе 1833 года состоялась закладка лютеранской церкви Св. Петра на Невском проспекте. Капитальные работы были завершены в 1836-м, а отделка – в 1838 году. Брюллову удалось создать своеобразное, самобытное сооружение. Несмотря на свои необычные для Петербурга формы, оно органично вошло в сложившийся к началу 19-го столетия ансамбль Невского проспекта. Еще очень многое в этом произведении близко архитектуре классицизма. В то же время «романская» структура фасада и некоторая дробность и размельченность в прорисовке архитектурных деталей и скульптуры свидетельствовали о новых художественных вкусах.
Наиболее значительной петербургской постройкой Брюллова является здание Штаба гвардейского корпуса. К его проектированию Брюллов приступил весной 1837 года, а 10 июля этого года проект уже был утвержден.
Для нового здания отвели участок у восточной границы Дворцовой площади, рядом с Экзерциргаузом. Застраивая восточную границу Дворцовой площади, Брюллов стремился завершить исторически сложившийся ансамбль, не противопоставляя свое здание индивидуальностью и оригинальностью решения соседним сооружениям. Он правильно оценивал доминирующее значение и высокие художественные достоинства главных зданий и создал спокойную, нейтральную, лишенную архитектурных акцентов застройку восточной стороны. Этим зодчий подчеркнул основную композиционную направленность ансамбля площади по оси Зимний дворец – Главный штаб.
С середины 1840-х годов по проектам Александра Павловича строятся в Петербурге два крупных здания: Александринская больница (1844—1850) и Служебный дом Мраморного дворца (1845—1850).
Проект Александринской больницы – новый шаг в творчестве Брюллова. Не связанный необходимостью считаться со сложившимся архитектурным ансамблем, зодчий свободно оперирует формами, заимствованными из различных исторических стилей – «барочная» главка церкви, «готические» порталы и т п. Он «сочиняет» и новые архитектурные детали – в простенках между окнами «ставит» вместо обычных прямоугольных – пятигранные пилястры, опирающиеся на пилоны, членящие стены первого этажа. Находит он и необычный рисунок решетки парапета. Особенно отличают Александринскую больницу от ранее созданных в Петербурге общественных зданий громадные окна – новинка по тому времени.
В декабре 1837 года колоссальный пожар охватил Зимний дворец – замечательное творение Растрелли. Длившийся трое суток, он уничтожил все помещения дворца. Однако уже в марте 1839 года, то есть через пятнадцать месяцев после пожара, основные восстановительные работы были окончены. Как справедливо отмечал современник, «возобновление дворца есть учебная книга для будущих архитекторов и истинный подвиг для совершивших оное». Брюллов был одним из трех главных архитекторов по восстановлению дворца.