Через две недели после утверждения проекта Воронихин составил опись работ и реестры материалов, необходимых для начала строительства. С первых же дней строительства собора Комиссия поручила контроль над ним известному архитектору Ивану Егоровичу Старову, как "производившему великолепные здания и знающему совершенно в практике укреплять строения". Руководителем чертежной мастерской был назначен академик Михайлов, земляными работами ведал Чижев, каменными работами иностранцы Руиджи и Руска, проверкой добротности материалов было поручено заниматься академику Филиппову, на отливку воды и забойку свай Воронихин поставил испытанных людей, зарекомендовавших себя честностью и трудолюбием, десятников Железнякова и Попова. Дело началось с очистки площади под строение. На участке, где должен был поместиться собор, теснились одиннадцать мелких домиков. Их владельцам было выдано при переселении по пятьсот рублей. Зимой приступили к рытью рвов. Подрядчик Карпов обязался вынуть четыре тысячи кубических сажен земли. По словам графа А.И.Рибопьера: "Павел I начал стройку Казанского собора; план составил русский архитектор Воронихин; он же строил его под руководством обер-камергера графа А.С.Строганова. Павел спешил, понукая рабочих; однако ему не пришлось достроить собор: он был окончен при Александре Павловиче". Действительно, вскоре происходит событие, изменившее много в истории России, но не коснувшееся Казанского собора. 11 марта 1801 года скончался Павел I. Воронихин побаивался, что новый император прекратит строительство, однако Александр I вполне разделял мысли своего отца на значении нового храма в жизни столицы. Шла большая и сложная работа по откачке воды из Екатерининского канала с помощью хитроумного изобретения смекалистого вологодского землекопа Чусова, а затем не менее сложное и трудоемкое закрепление сваями грунта под фундамент. Павел I не успел до своей кончины произвести закладку здания, хотя была заготовлена позолоченная с золотыми литерами доска, возвещающая о том, что "благочестивейший, самодержавнейший Великий Государь Император Павел Первый всея России в царствование его пятое лето, а Великого Магистерства в третье лето, — основание святому храму положил". Однако закладывать храм пришлось Александру I. Царь отнесся в закладке как к первому важнейшему событию своего царствования. 27 августа 1801 г. Император, вдовствующая Императрица Мария Федоровна, Великие Князья в окружении виднейших вельмож присутствовали на закладке здания. Император положил первый кирпич с вензелем и серебряной лопаточкой плеснул на него раствор извести. Через две недели после этого Император отправился в Москву на коронацию, а строительство собора шло полным ходом. Одновременно с закладкой фундамента начались работы по добыче камня. Основным строительным материалом был пудостьский камень, добывавшийся недалеко от Гатчины в деревне Пудость. Он имел сходство с итальянских камнем травертино, которым были облицованы стены собора святого Петра. Этот камень легко добывается, его можно пилить и резать. Добытый из земли, он быстро затвердевает. По поводу использования пудостьского камня при строительстве вышел спор между Воронихиным и контролером над строительством Старовым. Последний считал, что пористость и ноздреватость камня, к тому же различающегося по цвету на три сорта, опасна при петербургском климате. Воронихин при поддержке Строганова вышел победителем в споре. По совету опытного каменщика Самсона Суханова, он прибег к своеобразной шпаклевке — затиранию поверхности пудостьского камня рижским алебастром и покрытию наружной стороны серовато-желтой краской, имитирующей основной оттенок пудостьского камня. Этим камнем облицованы наружные стены собора, из него сделаны капители наружных колонн, фриз, наличники и т.д.