В 1788 году дом сдавался в аренду сроком на два года португальскому посланнику с платой 3000 рублей в год, и тогда дом пришлось серьезно ремонтировать. В 1790 и 1791 годах дом нанимал князь Владимир Борисович Голицын, плативший по 4 тысячи рублей в год.
Сохранилось довольно схематичное изображение Фонтанного дома среди других сооружений на набережной Фонтанки, исполненное художником Дамам де Мартре в 1799 году.
Оказавшись в столице, граф Николай Петрович, один из богатейших людей страны и важный вельможа, должен был вести широкий образ жизни: устраивать приемы для большого числа гостей, принимать высочайших особ, иностранных дипломатов. Фонтанный дом изрядно обветшал и нуждался в расширении и украшении в новом вкусе, отличном от стиля середины XVIII столетия. На смену пышному стилю барокко пришли художественные приемы стиля классицизм, восходящие к античным прообразам. Граф Николай Петрович пригласил для переделок своего дома известных петербургских архитекторов, прославившихся своими сооружениями в новом вкусе, – Старова, Воронихина, Кваренги. Под их началом в Фонтанном доме работали и крепостные архитекторы графа Шереметева – Павел Аргунов, Василий Дикушин…
Иван Егорович Старов (1745 – 1808), один из самых видных зодчих екатерининской эпохи, автор проекта Таврического дворца и Троицкого собора в Александро-Невской лавре, по заказу Павла Петровича работал в Гатчинском дворце, который мог порекомендовать его графу Шереметеву. Старов изменил первоначальную планировку второго этажа дома и заменил в доме деревянные лестницы каменными. Была переделана отделка внутренних покоев – уничтожены «плитошная» и «китайская» комнаты, сняты деревянные панели и штофы. Стены некоторых интерьеров отделываются искусственным мрамором (стюком). Старов предлагал спальню графа сделать «хрустальной», возможно, в подражание интерьерам в Большом Царскосельском дворце, созданным архитектором Камероном. В это время сняли обветшавшие деревянные скульптуры с крыши здания и убрали фигуры деревянных коней работы Дункера.
Архитектор Андрей Никифорович Воронихин (1759 – 1814), несмотря на то что был загружен работой по сооружению Казанского собора, создал проекты некоторых элементов убранства интерьеров (камины).
Самую значительную работу по обновлению Фонтанного дома в конце XVIII – начале XIX веков проделал архитектор Джакомо Кваренги (1744 – 1817), выдающийся зодчий Петербурга эпохи классицизма, автор десятков построек, которые до наших дней служат украшением города.
После смерти Екатерины II количество заказов ему от двора сократилось. Тогда он достраивал на соседнем с Фонтанным домом участке здание для Екатерининского института.
В 1798 – 1799 годах он произвел ремонт и перестройки интерьера домовой церкви Святой великомученицы Варвары. Ее стены были облицованы искусственным мрамором (стюком) столь любимого зодчим Кваренги насыщенного желто-коричневого оттенка, который сохраняется и поныне.
В 1798 году Кваренги-архитектор начал работать над проектом Галереи, примыкающей под прямым углом к южному крылу Фонтанного дома. Двухсветная галерея была задумана как самое большое и парадное помещение дома, архитектор позже сам писал, что он хотел сделать этот интерьер как можно благороднее и величественнее. Перекрытие ее было решено в виде кессонированных сводов, в центре спроектирован световой купол, стены и своды предполагалось расписать и украсить лепными барельефами, а в качестве главного архитектурного мотива зодчий предполагал декорировать галерею колоннами искусственного мрамора. Галерею и дом связывало помещение Овального проходного кабинета. Идеи для украшения Галереи предлагал графу Николаю Петровичу французский архитектор Луи Депре, приславший целый альбом эскизов.
В 1801 году работы по пристройке Галерейного флигеля начались, но так и не завершились: хозяин дома внезапно потерял интерес к своей затее.
К началу XIX века в результате перепланировок помещения второго этажа Фонтанного дома, расположенные к северу от Парадной лестницы, бОльшие по размеру и более парадные по отделке, использовались для приемов. Среди них было и самое большое на тот момент помещение – так называемая «Двенадцатиоконная зала». Южная часть анфилады второго этажа носила жилой характер, там размещались кабинет и спальня хозяина.
Переделки коснулись и сада, где сломали Эрмитаж и оранжерею и по проекту Кваренги построили манеж, строгий классический портик которого, обращенный в сад, сохранился до наших дней. В саду возвели деревянный Летний дом с центральным двухсветным залом. В 1802 году построили каменные ворота по границе усадьбы, обращенной на Литейную улицу.