Он создал необычный проект огромного (втрое больше нынешнего) храма с пантеоном и колоннадой из 600 колонн. Храм должны были украшать трофейное оружие, захваченное в Отечественной войне, памятники монархам и видным полководцам. На строительство было выделено 16 млн казённых рублей, поступили значительные пожертвования от частных лиц. Торжественная закладка храма в присутствии императора состоялась 12 октября 1817 года, в пятую годовщину ухода французов из Москвы, церемония обошлась в 24 тысячи рублей. Местом для строительства были выбраны Воробьёвы горы. На открытие пришло около 400 тысяч человек – почти все тогдашнее население Москвы. Для строительства были собраны 20 тысяч подмосковных крепостных. Витбергу был пожалован чин коллежского асессора и Владимирский крест. В 1818 году Карл принял православие. Восприемником Витберга стал сам Александр I, в его честь Карл стал Александром.
Перед началом строительства Витберг самостоятельно произвел точный экономический расчет и составил смету строительства, причем он подсчитал средства очень экономно и спланировал их рациональное освоение. Первые шаги в строительстве храма действительно были очень удачными, удалось приобрести большее, чем планировалось, число рабочих за ту же цену, наладить поставку строительных материалов.
Вначале был выкопан гигантский котлован и заложено мощное основание. Если бы проект Витберга был реализован, то храм Христа Спасителя стал бы самым крупным зданием Европы. От Москвы-реки планировалось построить систему лестничных маршей, ведущих к нижнему храму, высота которого должна была быть 15 саженей (32 метра). Он тремя сторонами уходил в склон крутого берега, четвертая же сторона была открыта к реке. Над этим храмом возвышались два других, высотой 80 саженей (170 метров). Огромная колоннада с трех сторон окружала храм, оставляя открытым лишь спуск к реке. Эта колоннада оформляла квадрат, сторона которого равнялась 300 саженям (640 метров). С двух сторон храма должны были стоять монументы высотой 50 саженей (106 метров), составленные из трофейных французских пушек. Мистическая идея заключалась в том, что храм уподоблялся человеку: нижний храм – тело, второй – душа и верхний – дух. Так архитектор представил путь человека к Богу. Вот как описывал идею храма сам Витберг: «С восторгом видел я мысль Александра воздвигнуть храм во имя Христа Спасителя – эти три слова раскрыли мне новую жизнь императора, искушаемого бедствиями и скорбями; я видел его высокое христианское одушевление – и вот начало первого желания удовлетворить требование царя достойным храмом. Могли ли его удовлетворить обыкновенные храмы, в числе которых множество произведений высокоизящных, но созданных без всякой религиозной идеи? И могли ли они быть таковыми, когда по большей части зодчие пеклись только об архитектурной красоте, не имея религиозного взгляда?
Вот требования нового храма: чтобы все наружные формы храма были отпечатком внутренней идеи. Как Писание говорит, что человек сам храм, то надлежит искать идеи для храма наружного во внутренних идеях самого человека. Рассматривая себя, найдем, что он состоит из трех начал (principium): тела, души и духа. Эту тройственность необходимо было выразить сколько возможно яснее в частях храма. Мне казалось недостаточным, чтобы храм удовлетворял токмо требованиям церкви греко-российской, – но вообще всем христианским, ибо само посвящение его Христу показывало его принадлежность всему христианству. Следственно, храм должен был быть тройственный, то есть. храм тела, храм души, храм духа, – но так как человек, пребывая тройственным, составляет одно, так и храм, при своей тройственности, должен был быть единым. Эта тройственность везде: и в божестве, и в природе, даже в мышлении. В жизни Спасителя мы находим три периода, которые согласны с его тройственностью. Воплощение Христа – принятие на себя смертного тела, преображение, показывающее, до какого просветления очищенное тело душевными свойствами доведено быть может, и воскресение, показывающее, в какое духовное состояние тело доведено быть может. Тем более надлежало выразить три храма тремя моментами жизни Спасителя, что весь храм долженствовал быть ему посвященным… Таким образом в храме выражалась и изображалась вся история Спасителя, имени коего он посвящен. Такова идея этого тройственного храма относительно внутренних его частей, но наружность его должна была представлять одно целое, единое здание. Так, как внутренний храм должен был представить духовного человека, так и наружный храм должен был не отрываться от сей идеи в своей общности».