По прибытии в Россию Воронихин почувствовал себя подготовленным к самостоятельной работе. Сгорел дворец Строганова, который по своему внешнему виду и внутреннему великолепию соперничал с дворцами русских царей. И Воронихину граф решил поручить перестройку у отделку дворца. «Этот справится: есть у него талант, есть трудолюбие, честность!»
Строганов заказал перестроить в своем доме картинную галерею, бильярдную, столовую и вестибюль. Несмотря на трудность задачи, – в доме, построенном Растрелли, поместить совершенно в другом стиле, в других пропорциях и с другими деталями свои художественные формы, – Воронихин создал прекрасные архитектурные отделки внутреннего убранства этих помещений. Тогда же он написал картину «Вид картинной галереи», за которую Академия художеств произвела его в «назначенные» профессора живописи. А когда Андрей Никифорович построил для Строганова дачу на берегу Невы и написал картину «Вид построенной дачи», ему было присуждено звание академика перспективной живописи.
У Воронихина было немало и других мелких работ на строительстве садовых павильонов и мостов в Павловском парке. Он часто отлучался туда к Камерону. Была тому и другая причина. На четвертом десятке лет пора всерьез подумать о женитьбе. В Павловске же на строительстве, в Стрельне и Петергофе стала часто появляться помощница зодчего Камерона, чертежница Мери Лонг, англичанка, дочь британского пастора. Знакомство Воронихина с ней не сразу перешло в дружбу. Встречались они на совместных работах. Мери Лонг несколько раз возобновляла в своем посольстве паспорт для проживания в Санкт-Петербурге. Не раз из Павловска Андрей Никифорович привозил ее на Мандурову мызу, где они вместе наблюдали за ходом строительства строгановской дачи. Вскоре Воронихин сделал ей предложение, и Мери согласилась выйти за него замуж.
Несмотря на признание его таланта живописца, Воронихин всю свою дальнейшую жизнь посвятил не живописи, а архитектуре. Он с увлечением работал над такими большими проектами, как Казанский собор на Невском проспекте Петербурга или здание Горного института, и над небольшими проектами: библиотеки «Фонарик» в Павловске, дачи «Арсенал» и фонтанов в Петергофе и Пулково.
Постройка Казанского собора явилась крупным архитектурным событием в жизни Воронихина, а еще в большей мере – самого города Петербурга. Поначалу проект Казанского собора был заказан Камерону, но вскоре был забракован. Одной из причин предпочтения, оказанного проекту Воронихина, было и то, что Камерон считался любимцем Екатерины, а Павел не жаловал ее любимчиков. Павел верил разбиравшемуся в искусствах графу Строганову, а тот, а свою очередь, верил в способности Воронихина.
«Комиссия о построении Казанской церкви» – так именовала она себя – 8 января 1801 года, во главе со Строгановым, явилась к императору окончательно утверждать воронихинский проект.
Комиссия определила расходную смету в сумме 2843434 рубля и, подчиняясь повелению Павла, обязалась построить собор в три года. Павел согласился со всем, кроме постройки колокольни и дома для церковнослужителей. Вычеркнув эти расходы, он учинил надпись: «Кроме сих статей, быть по сему». В марте Павла I убили заговорщики, и строительство началось при новом императоре.
На Невском проспекте на месте существующего Казанского собора с первых лет основания города была построена небольшая церковь. Позднее были заказаны многим архитекторам проекты каменного собора. Но все они оказывались неудачными, и не потому, что здание собора было некрасивым, а потому, что оно не отвечало задачам городской планировки. Так получалось, что здание собора стоит длинной стороной вдоль улицы и к нему нет широкого главного входа, поэтому рядом с Невским проспектом образовывалась сбоку большая площадь, в которой не было никакого смысла.
Воронихин предложил решение, которое правильно отвечало задачам градостроительства. Он поставил здание, отступив от линии Невского проспекта. Площадь, которая образовалась перед зданием, была ограничена вдоль дальней стороны мощной триумфальной колоннадой и благодаря этому являлась своего рода парадным подъездом к зданию. Красота и парадность главной улицы города, Невского проспекта, таким образом даже подчеркивались. А самый собор Воронихин видел не отдельно стоящим зданием, а центральною частью грандиозной, мощной колоннады, завершенной красивым порталом и увенчанной высоко приподнятым куполом.