Закладка нового деревянного храма состоялась 10 июля 1765 года, освящение придела в честь Знамения Пресвятой Богородицы прошло 11 сентября того же года, а придел в честь Николая Чудотворца освятили 22 октября 1766 года. Полностью готовую постройку, как и два придела, архиепископ Санкт-Петербургский и Кронштадтский Гавриил (Григорий Федорович Кременецкий) освятил 15 июня 1768 года в честь Входа Господня в Иерусалим. Приход получил официальное название по первому освященному престолу в честь Знамения. Иконостас в византийском стиле, иконы и церковную утварь из церкви Зимнего дворца передали в апреле 1767 года. Небольшое здание церкви стояло по линии Невского проспекта.
Вопрос строительства каменной церкви на такой важной городской площади, как Знаменская, был вопросом времени - рано или поздно власти должны были заменить ветшавшую деревянную постройку, что и произошло в конце XVIII столетия - митрополит Гавриил благословил строительство в 1794 году. Выбирая зодчего для проектирования нового церковного здания, власти решили привлечь к работе профессора архитектуры Императорской Академии художеств Федора Ивановича Демерцова (1762-1823).
Будущий архитектор родился в селе Гульнево (Московская губерния) в семье крепостного садовника графа П.Н. Трубецкого и получил вольную в возрасте двадцати одного года за успехи в учебе на архитектора. Отучившись три с половиной года в Школе Художеств при Артиллерийском и Инженерном шляхетском кадетском корпусе, Ф.И. Демерцов в 1775 году получил звание «архитектуры сержант». В Санкт-Петербурге протекцию молодому архитектору оказывал граф Александр Сергеевич Строганов (1733-1811), известный меценат и президент Императорской Академии художеств. В 1796-1799 годах служил в Инженерном департаменте в звании инженер-поручика.
Зодчий довольно много строил в столице, и в числе его проектов можно назвать здания и сооружения (казармы, конюшни, церковь, плотина и другие) Охтинского порохового завода, Новый Арсенал на Литейном проспекте, жилой дом на Кирочной улице, 10; дом А. А. Аракчеева на набережной реки Мойки, 35 (1797 г.). Работал Ф.И. Демерцов и по заказам Военного министерства. Вторым большим культовым зданием после Знаменской церкви стал Сергиевский Всей Артиллерии собор на Литейном проспекте, 6. Кроме того, в 1806 году Ф.И. Демерцов возвел сохранившиеся до нашего времени каменные парадные Александровские ворота Охтинского порохового завода (ул. Химиков, 20А), которые располагались внутри заводской территории и выполняли роль триумфальных ворот, связанных с посещением отстроенного после пожара порохового завода императором Александром I.
Кстати, после знакомства с военным министром графом Алексеем Андреевичем Аракчеевым (1769-1834) зодчий занялся строительством в усадьбе Грузино (Новгородская губерния), принадлежавшей графу. Для военных поселений Ф.И. Демерцов разработал образцовые проекты казарм. Участвовал зодчий и в оформлении интерьеров, работая в Строгановском и Белосельских-Белозерских дворцах.
В 1814 году Федора Ивановича Демерцова удостоили звания профессора архитектуры Императорской Академии художеств. Через четыре года с зодчим случилось несчастье - он потерял зрение, а соответственно, возможность заниматься проектированием, и вынужден выйти в отставку. Ф.И. Демерцов скончался 23 апреля 1823 года и похоронен на Волковском православном кладбище, но могила его затерялась. Еще в 1786 году архитектор получил дворянство.
Архитектору не повезло в истории - в XX столетии главные его постройки разобрали или перестроили.
Работы по устройству фундаментов Знаменской церкви начались 29 мая 1794 года, и в 5 июля прошла официальная церемония закладки храма при участии священников Гавриила Петровича Свиязева и Каллистрата Иванова. За три года строители подвели здание под кровлю, но закончились деньги, и работы пришлось остановить. В 1799 году купец Дмитрий Семенович Калмаков выделил на окончание строительства 17 501 рубль, но денег вновь не хватило - теперь уже на отделку. В 1801 году Д.С. Калмаков умер, а других благодетелей приход в то время не имел. Полностью Знаменская церковь была готова к 1804 году - на отделку удалось собрать средства среди прихожан. Так, новый величественный храм на Знаменской площади, рассчитанный на 3,5 тысячи прихожан, город получил в царствование императора Александра I. Торжественное освящение прошло 6 ноября 1804 года. Перед этим в старой деревянной церкви митрополит Амвросий отслужил литургию и молебен, затем в десять утра митрополит освятил церковь Входа Господня в Иерусалим.