К концу 1947 года установка и закрепление мозаики северо-западного пилона, проводившиеся под руководством инженера Жуковского, были завершены. Комиссия, принимая работу, отметила ее высокое качество.
В 1949 году окончилась реставрация мозаики и юго-восточного пилона. К началу работ временный грунт, на котором была набрана смальта, под влиянием времени уже настолько ослаб и размягчился, что кусочки его выпадали от прикосновения руки. Временный грунт был заменен постоянным на цементе, а швы тщательно заделаны.
Последствия военных лет тяжело сказались и на состоянии витража: из двадцати одной рамы в тринадцати были разбиты стекла, и их пришлось создавать заново. В уцелевшей части витража следовало заменить и укрепить большое количество треснувших стекол. Эта работа была проделана под руководством преподавателя кафедры стекла и керамики Ленинградского высшего художественно-промышленного училища имени В. И. Мухиной художницы Е. В. Поповоич Реставрации предшествовала научно-исследовательская и экспериментальная работа по определению состава и подбору цвета стекла, режима его обжига. В реставрации витража приняли участие художники, мастера, технологи и инженеры, научные сотрудники ряда ленинградских институтов.
Главное затруднение в восстановительных работах состояло в отсутствии исторических справок по композиции, технике и технологии изготовления витража Исаакиевского собора. Реставраторам в работе пришлось руководствоваться сохранившимися частями цветных расписных стекол с калькой и подписным рисунком Монферрана. При изучении оставшихся частей витража и сравнении их с калькой Монферрана было обнаружено некоторое расхождение в композиционном решении фигуры Христа: изображение на витраже получилось более удлиненным. Это объясняется тем, что мастера, исполнявшие витраж, учли большой размер высоко находящегося окна, а также протяженность расстояния, с которого витраж должен просматриваться.
Исследования, проведенные в лабораториях учеными Технологического института имени Ленинградского Совета, показали специфичность стекла, сваренного для изготовления витража, - оно было не только многослойным, но имело и различную толщину.
При тщательном исследовании уцелевших стекол было установлено, что перед росписью одна сторона стекла заматовывалась очень тонкой фактурой, а вторая - легким слоем краски, и выяснено, что обжиг расписанных стекол производился при разных температурах для каждой краски. Опытным путем удалось добиться определения температуры обжига для каждой краски и для каждого стекла. Она колебалась от 500 до 700 градусов.
Обладая этими данными, мастера приступили к восстановлению витража. Они стремились максимально реконструировать процесс создания витражей в XIX веке. В работе встречались определенные трудности: сложным оказалось изготовление цветного стекла, точно подходящего по цвету и светосиле к старому, отличавшемуся сочными тонами и устойчивостью цвета. Его специально заказали стекольным заводам. Заново были изготовлены полосы с фигурным профилем из свинца, при помощи которых отдельные стекла, вырезанные по шаблону, собирались в рамы.
Реставрация витража явилась важной частью работ по восстановлению художественного облика главного алтаря.
Огромные площади мраморной облицовки снаружи и внутри собора делали нерациональным и дорогостоящим проведение этой работы вручную. Реставрация мраморной облицовки интерьера состояла главным образом в удалении переродившегося слоя мрамора и восполнении утрат. В связи с этим мастерские разработали и применили следующий метод: гладкие поверхности обрабатывались механическим путем при помощи специального приспособления, а профилированные детали обрабатывались вручную.
Вначале произвели так называемый грубый обдир, или первую шлифовку. С цветных мраморов снимался слой толщиной до 4 миллиметров, в зависимости от глубины поврежденной поверхности. При последующих шлифовках мрамор смачивался водой, а затем проводилось лощение при помощи воска, придававшее мрамору гладкую матовую поверхность. После этого камень до зеркального блеска полировали фетровыми кругами, а для исправления повреждений в мраморной облицовке делали вставки из однородного мрамора, тщательно подобранного по цвету, тону и рисунку. Гнезда для вставок вырубались вручную, а вставки крепились на медных пиропах. Кроме того, места выпадения заделывались двумя способами: первый, традиционный, заключался в том, что трещины заполнялись цементом с мраморной крошкой соответствующего оттенка, а второй предусматривал применение эпоксидной смолы и впервые был использован в Исаакиевском соборе.
Перед реставраторами стояла задача и ремонта здания в связи с его естественным старением. Существует множество сил, разрушительно действующих на здание и его декоративное убранство.
Самым серьезным и губительным для здания собора являлась неравномерная осадка, вызвавшая неизбежные механические повреждения. Между неравномерно осевшими частями образовались трещины, были повреждены некоторые строительные конструкции.