Для исполнения своего замысла он привлекает к строительству выдающего итальянского архитектора Джакомо Кваренги. Поклонник таланта Ковалевой-Жемчуговой, провожавший ее в последний путь в Александро-Невской лавре, Кваренги значительно изменил первоначальный проект Назарова и сумел превратить утилитарное здание в настоящий «Дворец милосердия». Он придал Странноприимному дому большую монументальность и величие, и в то же время, сделал его более удобным для практического использования.
В центральной части главного фасада Кваренги спроектировал полукруглую ротонду из колонн дорического ордера, что придало особую пластическую экспрессивность зданию. Фасад, выходящий на сад, был украшен мощным портиком дорического ордера, на специальных опорах- стилобатах установлены металлические светильники, в полукруглых нишах – скульптуры четырех евангелистов работы скульптора Фонтини. Скульптура была размещена и на парапете кровли, но до наших дней она, как и статуя Милосердия в полукруглой ротонде, к сожалению, не сохранилась.
Кваренги перестраивает и домовую церковь Живоначальной Троицы: к ней пристраивается обходная галерея, позволившая соединить два крыла дома с больницей и богадельней.
Внутренняя отделка церкви становится более пышной: в ней используется декоративная роспись, искусственный мрамор, кессонированные своды с ажурной лепниной, иное, чем в проекте Назарова, оформление иконостаса. В воплощении замыслов архитектора принимали участие известные в то время в Москве живописцы, скульпторы, декораторы, а также крепостные мастера Шереметевых.
Величественные горельефы «Избиение младенцев» и «Воскрешение Лазаря» работы известного московского скульптора Гавриила Замараева стали подлинным украшением храма.
Он же исполнил в рельефе четыре аллегорические фигуры - Любви, Изобилия, Правосудия и Милосердия, помещенные в круглых медальонах в столовом зале Странноприимного дома.
