Фабрика открылась в мае 1754 года. Она состояла из деревянной лаборатории с восемью печами, предназначенными «для откалки деревянной посуды, для кругления бисеру, для делания пронизок и для тянутья материи на мозаику», собственно мозаичной мастерской (состоящей из пяти комнат), плотины с мельницей и служебных построек (слобода для фабричных людей, кузница, «дом для приезду»). Всего на фабрике работало 16 квалифицированных рабочих и 15–20 человек «для грубых работ».
За двенадцать лет ломоносовская фабрика выполнила пятнадцать работ — девять портретов (два Петра I, два Елизаветы Петровны, Петра III, его матери Анны Петровны, Екатерины II, Г. Г. Орлова и П. И. Шувалова), две иконы Богоматери, «нерукотворный Спас», «Александр Невский», «Апостол Петр» и композицию «Полтавская баталия». Ломоносовские смальты отличаются по характеру от итальянских; манера набора тоже не похожа была на принятую в Италии XVIII века: Ломоносов стремился не имитировать живопись, а, напротив, подчеркивать своеобразие мозаики как вида искусства. Сочетание крупных декоративных красочных пятен, набранных крупными смальтами, в самом деле, создает впечатление смелости и монументальности, напоминая древние шедевры Константинополя и Равенны. Но мы не знаем, входил ли этот эффект в намерения мозаичистов. Возможно, Ломоносов и его мастера просто были недостаточно искусны поначалу? Во всяком случае, современниками это воспринималось именно так. Штелин, который был постоянным сотрудником и советником Ломоносова в ходе мозаичных работ, вспоминал, как он, когда Ломоносов показывал в начале 1753 года первый портрет Петра I графу Разумовскому, «отвел графа на 10 шагов назад и сказал Ломоносову, что он никому этой вещи не должен показывать ближе — так заметны были светлые заполненные замазкой швы между кусочками смальты, они отчетливо были видны даже за шесть шагов». С годами, особенно в портретных работах, ломоносовские мозаичисты все чаще обращаются к миниатюрной технике, пользуясь не колотой, а тянутой, набранной «ленточками» смальтой. Однако мастерство Матвея Васильева и его товарищей часто обесценивалось невзыскательностью при выборе живописного оригинала. Особенно печально сказалось это в «Полтавской баталии».
В 1758 году Ломоносов выступил со смелым проектом: он предложил украсить мозаичными панно Петропавловский собор. Дело в том, что собор сильно пострадал двумя годами раньше во время грозы, обрушившей его первоначальный шпиль, и нуждался в реставрации. Ломоносов предлагал воспользоваться этим для реконструкции внутреннего убранства постройки Трезини.
Проект включал тридцать четыре огромных «картины»: нижняя изображала эпизод из жизни императора, верхняя, над ней расположенная, — параллельный сюжет из Библии.
«Начатие службы великого государя, где представить его как двенадцатилетнего младенца в солдатском простом мундире с ружьем между рядовыми солдатами: перед ним брат его, государь царь Иоанн Алексеевич и родительница государева с фамилиею и с патриархом уговаривают его, чтобы он в чертоги свои возвратился и берег бы своего здоровья; он представляет, что должность его так требует. Наверху история, как Христос Петра и прочих апостолов учит смирению. В разделении надпись: Кто хощет быть из вас болий, да будет всем слуга».
И так далее. Над «историей начинающегося флота» — Христос, ходящий по морю, «аки по суше». Связь между нижним и верхним панно не всегда столь очевидна: зачастую перед нами прихотливые ассоциации, рожденные в сознании барочного ритора и поэта.
«Зачатие и строение Санкт-Петербурга, Кронштадта и Петергофа. Наверху — разговор Петров после преображения со Христом. В разделении: Господи, сотворим здесь три сени — Тебе, Моисею и Илие. Внизу — лапидарным стилем сень Христова, то есть помазанникова столица Санкт-Петербург, сень морепроходца Моисея — Кранштат; сень отшельника — Илии — Петергоф».
Кроме парных панно, предлагалось выполнить меньшие по размеру мозаики аллегорического характера, изображающие Славу, Вечность, Правду и т. д. Между ними Ломоносов задумал поместить серебряные статуи тоже аллегорического характера. Но это было лишь приложение к главному — композициям из цветного стекла.
О реакции профессоров на это предложение Штелин говорит кратко: «Никто не отважился что-либо сказать во избежание ссоры, но лишь только изобретатель вышел — поднялся общий хохот и оханье».
Проект был внесен Шуваловым в Сенат и, конечно, одобрен (с фаворитом спорить не решались, хотя идея украсить главный собор страны «стекляшками», конечно, веселила сенаторов не меньше, чем академиков). Работы начались, однако, лишь два года спустя.