В 1882 г. общественные организации и многие домовладельцы обратились в Городскую управу с просьбой заменить Дворцовый плашкоутный мост постоянным. В июле 1900 г. Городская управа предложила Комиссии по надзору за строительством Троицкого моста составить технические условия на проектирование Дворцового моста. В апреле 1901 г. был объявлен конкурс одновременно на два моста — Дворцовый и Большой Охтинский. На конкурс поступило 27 эскизных проектов, в том числе 13 — от петербургских авторов. Все проекты демонстрировались в Александровском зале Городской думы и, по мнению современников, «производили далеко не выгодное впечатление». Особая комиссия признала их вообще непригодными и невыполнимыми, за исключением эскизного проекта французской фирмы «Батиньоль». Но фирма отказалась его продать, предложив заключить договор на строительство моста за 4 млн. 700 тыс. рублей. Был объявлен второй тур конкурса. Но строительство моста тормозилось решением вопроса о трассе нового моста — рассматривались варианты трассы против Адмиралтейства, против Зимней канавки, по оси Мошкова (Запорожского) переулка и т. д. Наконец, трасса определилась, и 5 февраля 1911 г. был подписан договор о строительстве моста с Обществом Коломенских заводов. По нему мост должны были сдать в эксплуатацию 15 октября 1913 г. Строительство по проекту инженера, выпускника Петербургского Института инженеров путей сообщения, А. П. Пшеницкого начали только в 1912 г., так как существовавшие проекты подверглись коренной переделке.
О сдаче моста в эксплуатацию в сроки, указанные в договоре, уже никто не думал. Тем более, что 17 апреля 1914 г. в Петербурге (еще в Петербурге) случилось редкое явление — наводнение, в результате чего была повреждена одна из строившихся опор, а в августе 1914 г. разразилась первая мировая война, и строительство моста еще более затянулось — участились задержки в поставках металлических конструкций, стала ощущаться нехватка рабочей силы. Мост был открыт лишь 23 декабря 1916 г.[18]
Торжество было скромным. Не было представителей царской династии. Было не до того — с одной стороны, неудачная война, с другой — только что (неделю назад) убили Гришку Распутина.
На торжественное открытие (в отличие от прочих построенных через Неву мостов) прибыло лишь десять процентов приглашенных. Не пришел даже городской голова Делянов, предоставив разрезать ленточку своему заместителю Демкину. Художественная отделка его так и не была закончена. Устройство перил, фонарей и павильонов управления было закончено уже при советской власти. Так, литая чугунная решетка перил, выполненная скульптором И. В. Крестовским по рисунку архитектора Л. А. Носкова, появилась только двадцать лет спустя, точнее в 1939 г. До этого перильные ограждения были деревянными.
На новых перилах трудящиеся города Ленина могли любоваться рисунком, где «удачно сочетали в композиции перил советскую эмблематику с традициями петербургского классицизма».
В ознаменование первой годовщины октябрьского переворота 1917 г. мост назвали Республиканским, но в январе 1944 г. ему вернули историческое название.
Мост капитально отремонтировали в 1967 г., а в 1977 г. его реконструировали по проекту инженеров Т. Д. Ивановой, В. И. Ботвинника и архитекторов Ю. И. Синицы и М. В. Винниченко — обновили разводную часть, заменили настил, установили новые фонари, убрали со средних опор дощатые «хибарки», сохранившиеся с 1916 г. Летом 1997 г. была произведена очередная реконструкция моста. Работы выполнялись под руководством инженера Ю. Петрова.
14 ноября 1997 г, в Петербурге состоялся праздник под названием «Дворцовый мост зажигает огни». В этот день ровно в 16 часов 30 минут Дворцовая набережная озарилась разноцветными огнями фейерверка. Одновременно с этим пролеты моста со стороны Зимнего дворца засияли в свете прожекторов. Затем с Петропавловки раздался пушечный залп, и «василеостровская» часть моста расцветилась иллюминацией. Заиграла музыка, и на мосту закружились в танце дамы в кринолинах, кавалеры в камзолах, а также многочисленные гости праздника. Таким образом Дворцовый стал третьим мостом в городе, после Троицкого и Лейтенанта Шмидта, получившим подсветку.
Весной 2000 г. мост закрывался на двое суток, в связи с реконструкцией Стрелки Васильевского острова, которая является его естественным продолжением. Мостостроители Петербурга внесли свой вклад в работы по реконструкции Стрелки, расположенной между двумя мостами — Дворцовым и Биржевым.