Вскоре после возвращения в Петербург, в 1793 году, судя по письму самого Воронихина, он впервые получает возможность попробовать свои силы в архитектуре.
Первой архитектурной работой была отделка после пожара Строгановского дворца в Петербурге, на набережной Мойки.
Уже эта работа говорит о незаурядном таланте Воронихина. Оставив нетронутыми фасады дворца, выстроенного знаменитым архитектором В. В. Растрелли, он интерьеры помещений создает вновь. Особенно интересным решением внутреннего пространства отличаются так называемый минеральный кабинет и картинная галерея. За акварель, изображающую галерею, Академия художеств присвоила Воронихину звание «назначенного живописца перспективы и миниатюры».
В 1796–1797 годах Воронихин возводит дачу А. С. Строганова на Черной речке и пишет вид-пейзаж этой дачи. Проделанная работа позволила ему получить звание академика перспективной живописи.
Деятельность Воронихина как зодчего приобретает более широкий размах. В марте 1800 года он был избран преподавателем архитектуры Академии художеств. Не без помощи А. С. Строганова он получает от Павла I заказ на постройку петергофских колоннад.
Заручившись подписью царя на чертеже, Строганов вносит его на утверждение совета Академии художеств, который и утверждает «высочайше конфирмованные рисунки академика Воронихина».
Зодчий блестяще справился с порученным ему делом. Стройные колоннады у «ковша» Самсона в Петергофе (Петродворце), так гармонично дополнившие ансамбль Большого каскада, и в наши дни вызывают восхищение. Выполнение этого проекта поставило Воронихина в один ряд с лучшими архитекторами.
В том же 1800 году Воронихин получает утверждение своего проекта Казанского собора. Вслед за утверждением последовал указ: «Для построения Казанской церкви по конфирмованному нами плану предлагаю составить особую комиссию, в которой присутствовать президенту Академии художеств действительному тайному советнику графу А. С. Строганову, генерал-от-инфантерии и генерал-прокурору Обольянинову, тайному советнику Кародыгину, вице-президенту Академии художеств действительному статскому советнику Чекалевскому, а производить строение архитектору Воронихину».
Ни утверждение чертежей, ни заказ на постройку Казанского собора, как теперь известно, не обошлись без участия А. С. Строганова. Увлекшись идеей сооружения монументального здания, он продолжал покровительствовать своему вольноотпущеннику. Благодаря председательству в комиссии по строительству собора граф многое мог сделать и делал для осуществления грандиозного проекта.
