Через семь лет после реконструкции храма выяснилось, что он вновь требует полной реконструкции да к тому же расположен в зоне эспланады верфи-крепости, то есть зоны открытого незастроенного пространства. В связи с этим 6 августа 1717 г. неподалеку от того места, где ныне стоит Медный всадник, состоялась закладка новой (каменной) церкви в имя Исаакия Далматского. При этом присутствовал сам государь, который собственноручно заложил в основание храмового здания первый камень. Строительство этого храма в стиле петровского барокко началось под руководством и по проекту Ивана Степановича (Георга Иоанна) Маттарнови, прибывшего в Петербург по приглашению русского государя в 1714 г.
В ноябре 1719 г. Маттарнови скончался, успев только закончить устройство фундаментов. Продолжать работы по возведению храма стал Николай Федорович Гербель, внесший изменения в проект Маттарнови. Подрядчиком строительства стал каменщик Яков Неупокоев. После смерти Гербеля в сентябре 1724 г. работы продолжились под руководством архитектора Гаэтано Киавери, которому сразу же пришлось исправлять повреждения, возникшие в сводах храма, путем устройства металлических связей и сооружения наружных контрфорсов.
Государь Петр Алексеевич так и не увидел нового каменного храма в честь своего небесного покровителя. Его освятили 30 мая 1727 г., через две недели после кончины его вдовы Екатерины Алексеевны. Сразу же после этого разобрали деревянную церковь, в которой был освящен их брак.
На каменном храме в сентябре 1729 г. установили деревянный купол с фонариком, а храм выкрасили в белый цвет.
В апреле 1735 г. в шпиль храма попала молния, он выгорел полностью. Восстановление церкви поручили Пьетро Антонио Трезини, под руководством которого заново выложили своды, купол и обновили внутреннюю и наружную отделку. Работы продолжались девять лет, но проблемы целостности конструкций храма остались. Наконец, в 1758 г. провели экспертизу несущих элементов здания. Результат ее привел к неутешительному выводу: «Под тою церковью фундамент зделан слаб и узок, а паче без свай, а хотя под однеми углами и под средними четырьмя столбами сваи и побиты, но весьма редко, отчего стены и столбы садятся вниз, налишные же стены зделаны тонки и от зделанных сводов распирает врозь, отчего как стены, так и внутренние столбы пошатились розно на один вершок… Хотя для подкрепления и зделаны были прежде с боков контрфорсы, но и от того помощи мало, и все от стен отсели и перемычки разседались… колокольня хотя и подкреплена контрфорсами, токмо по слабости фундамента садитца вниз и от церкви имеет в стенах отделение». То есть фундаменты были выполнены некачественно, отсюда и проблемы с появлением трещин и просадок конструкций.