Охватив полуциркульными дугами низких каменных стен вновь организованную площадь, замыкающую Невский проспект, архитектор поместил по сторонам ее два двухэтажных скромных жилых здания и встроил в западное крыло полуциркуля одноэтажное здание богодельни. В центре полукольца, там, где и ранее был проезд, ведущий к мосту, у ворот каре, Старов воздвиг каменную Надвратную церковь, решенную в формах раннего классицизма. Невысокий купол, плавные линии кровли алтарного выступа и симметричного ему выступа, внутри которого размещена лестница, создают строгий силуэт здания. Архитектурный декор фасада прост — четыре плоских пилона, по два с каждой стороны ворот, подчеркивающие горизонталь невысокого и приземистого здания. Строительством Надвратной церкви и каменных стен Старов не только создал въезд на территорию монастыря, но и включил левобережье с каменной Лазаревской церковью и Лазаревским кладбищем в общий ансамбль.
Ко времени окончания Надвратной церкви, в 1786 году, в соборе начались отделочные работы, создавалось декоративное убранство здания, в котором приняли участие десятки великолепных мастеров,— скульптор Ф. Шубин, лепщики К. Фонтано и Ф. Ламони, мраморщик И. Пинкетти, резчики Ф. Кауш и И. Акимов, живописцы Я. Меттенлейтер, Ф. Данилов, Г. Угрюмов и многие другие, работы которых, за исключением первоначальной росписи собора, сохранились до сегодняшнего дня. К 30 августа (12 сентября н. ст.) 1790 года все работы по отделке собора были завершены.
Старов начал работу, когда в процессе шестидесятилетнего строительства архитектурный ансамбль уже сложился. Годы создания Троицкого собора совпали со временем пересмотра художественных принципов барокко и освоением приемов античного искусства, получивших в русской архитектуре, с ее традициями древнего и нового зодчества, яркое и своеобразное развитие. Становление классицизма в архитектуре, определенное общими тенденциями развития культуры и искусства XVIII столетия, характерно постепенным отказом от барочных композиционных и декоративных приемов. Это нашло отражение и в строительстве Старовым Троицкого собора: в его общем плане, характере силуэта, в элементах обработки фасадов. Собор возводился пятнадцать лет, и на разных этапах его проектирования и строительства нашли свое выражение растущее мастерство архитектора, изменение некоторых художественных принципов и укрепление классицистических тенденций в творчестве талантливого зодчего.
Облик собора, его композиция в известной мере отражают еще зависимость от архитектуры предшествующего периода, в частности, от здания швертфегеровского собора, хотя последнее ощутимо лишь в композиции двухбашенной звонницы, включенной в общий объем соборной базилики, и в характере самих башен, их завершений, не вполне органичных для классицистической архитектуры. Первоначально Старов собирался использовать в декорировке башен круглую скульптуру, как это видно на авторском рисунке фасада. Позднее, в модели, он заменил угловые группы вазами, впоследствии снятыми. Вместо задуманного вначале обильного украшения фасадов скульптурным декором архитектор ограничился скупыми вставками пяти скульптурных панно, акцентировавших входы в здание. Однако некоторые элементы облика собора говорят о еще неизжитой зависимости от предшественников по строительству, возможно вполне сознательной.