На второй этаж вела парадная лестница с гранитными ступенями и ограждающими балюстрадами из серого сибирского мрамора, стены также были облицованы «мраморами разных сортов». На верхней площадке лестницы всегда стояли на часах два гренадера, а в примыкавших к ней овальных вестибюлях располагались гвардейцы, охранявшие входы в парадные апартаменты. На мужской половине их открывал Белый, или Воскресенский, зал, за которым поражал своим великолепием Большой тронный зал: «Его стены были затянуты темно-зеленым, затканным золотом бархатом в обрамлении золоченой резьбы. На темно-зеленом фоне выделялся трон под балдахином, обитый пунцовым бархатом с золотым шитьем. В нишах над дверьми помещались беломраморные бюсты римских императоров, над ними возвышались аллегорические фигуры Правосудия, Мира, Победы и Славы. По периметру зала размещались гербы всех 66 областей, подвластных российскому скипетру. С украшенного живописью плафона свешивалась огромная из золоченой бронзы люстра «о сорока подсвечниках». Убранство зала дополняли бронзовые жирандоли, вазы, часы с бронзовыми фигурами, столы из драгоценных пород дерева, канделябры и бра».
Под углом к Большому тронному залу располагался Арабесковый зал, выходивший окнами на парадный двор. Соседняя с залом галерея Лаокоона с беломраморной копией знаменитой скульптурной группы «Лаокоон», привезенной из Рима, вела в Овальный зал с шестнадцатью колоннами ионического ордера, облицованных мрамором. К Овальному залу примыкала Мраморная галерея, предназначавшаяся для кавалеров Мальтийского ордена. Впоследствии она получила название «Георгиевского зала». Галерея, имевшая внушительные размеры: более тридцати метров в длину, десять с половиной метров в ширину и два этажа в высоту, вела в Малый Мальтийский, или Круглый тронный, зал.
По другую сторону парадной лестницы рядом с церковью располагался зал антиков, насыщенный скульптурными произведениями, за ним галерея Рафаэля вела в Тронную залу Марии Федоровны. Небольшой соседний будуар, который вел в Парадную опочивальню, был отделан полудрагоценными камнями, в том числе темно-синим лазуритом и бронзой. Из Парадной опочивальни был выход в Общий столовый зал, расположенный на оси дворца, с выходом на балкон. Он служил и концертным залом. Внутреннее убранство дворца поражало великолепием, богатством отделки, обилием картин и скульптур выдающихся мастеров. Павел был знатоком живописи.
Ни один фасад здания не был повторяем, но, несмотря на это, дворец воспринимается как целостный объем. Главным южным фасадом замок выходил непосредственно на гранитный берег канала, отчего его стены, облицованные красным гранитом и розовым олонецким мрамором «цвета пламени и пепла», казались вырастающими прямо из воды. К главному фасаду подводили три каменных моста: средний, предназначавшийся для царственных особ и иностранных послов, и два боковых, располагавшихся под углами. С остальных трех сторон была открытая территория острова, на которую с юга, запада и севера можно было попасть по подъемным мостам. У мостов стояли караулы.
Своим неприступным видом дворец напоминал средневековый рыцарский замок или крепость.
В отличие от парадных залов и апартаментов, поражавших великолепием отделки и убранства, помещения, предназначенные для императора, выглядели намного скромнее. Они выходили в галерею Рафаэля, через которую сообщались с комнатами Марии Федоровны.
Анфилада жилых комнат Павла I начиналась прихожей, стены которой украшали семь картин Карла ван Лоо. Рядом в прихожей была Адъютантская, обставленная белой с позолотой мебелью. Из Адъютантской можно было пройти в комнату, занятую личной библиотекой. Книги размещались в восьми шкафах красного дерева, стены были завешаны картинами известного художника Мартынова, изображавшими виды Павловска и Гатчины. За дверью в боковой стене находилась небольшая кухня, другая дверь вела в караульню лейб-гусаров, связанную с винтовой лестницей, ведущей на первый этаж. По этой лестнице 11 марта 1801 года заговорщики проникли в библиотеку, а затем в опочивальню, служившую одновременно и кабинетом. Стены опочивальни, обшитые белыми деревянными панелями, украшали 22 картины Фрагонара, Клода Верне, Лекока, Ван дер Мейлена, Гвидо Рени и Мартынова. На одной из них был изображен Фридрих II на белой лошади. Два больших окнабыли задрапированы голубой материей с вышивкой серебром. Главной достопримечательностью этой комнаты был великолепный письменный стол из красного дерева на восьми ножках, сгруппированных по четыре в виде колонн ионического ордера, выполненный по проекту Бренны. В углу за ширмами стояла походная железная кровать императора.