Последний дворец императора был не просто очередной резиденцией, а осуществлением его многолетней мечты. Необычная для Санкт-Петербурга архитектура и планировка всего возводившегося ансамбля воплощали идею замка как рыцарской твердыни. Последовательно проводя эту идею, Павел I переименовал все императорские дворцы в замки: даже Зимний дворец именовался «Зимним замком». Михайловский замок должен был стать рыцарским не только по названию, но и по сути. Рвы, подъемные мосты, пушки, полубастионы — все было данью западноевропейской средневековой традиции и результатом увлечения русского императора рыцарской символикой.
Возведение Михайловского замка началось сразу же после утверждения проекта, а церемония закладки первого камня, на которой присутствовала царская фамилия со свитой, состоялась 26 февраля 1797 года. Ритуал соблюдался неукоснительно: стояли выстроенные в каре войска, а после торжественного молебна прокатились громоподобные раскаты орудийного салюта Петропавловской крепости.
На другой день начались основные строительные работы, каторжные и изнуряющие: рытье котлованов в промерзшем грунте, забивка свай, кладка фундаментов… По распоряжению императора строительство велось днем и ночью — при свете фонарей и факелов, так как Павел I требовал отстроить замок вчерне в тот же год. В наиболее напряженные периоды число людей, занятых на строительстве, достигало 6000 человек.
Михайловский замок строился в крайней спешке, в конце 1798 года он был подведен под крышу и можно было приступать к внутренней отделке его жилых помещений. Именно в это время Павел I дал согласие принять на себя титул Великого магистра Мальтийского ордена и подписал указы, касающиеся деятельности Ордена в России. Поэтому, разрабатывая проекты внутреннего убранства Михайловского замка, император мыслил его дворцом Великого магистра Ордена Святого Иоанна Иерусалимского, а не только как очередную резиденцию династии Романовых.
Михайловский замок мало походит на дворцовые сооружения северной столицы: в отличие от них он выглядит холодным, суровым и даже мрачно-замкнутым. Российский император, задумывая его возведение, отталкивался от распространенной в европейских столицах схемы построения прямоугольного в плане замка с прямоугольным же внутренним двором и круглыми угловыми башнями. Подобные планы впоследствии были обнаружены среди собственноручных чертежей Павла I.
Широко развернувшееся строительство необходимо было обеспечить материалами, поэтому для ускорения дела были разобраны несколько павильонов в Царском Селе и дворец в Пелле, а также использован мрамор для строящегося по проекту А. Ринальди Исаакиевского собора. К концу октября стены Михайловского замка были подведены под крышу, а для защиты от дождей и снега его покрыли временной кровлей. В следующем году началась внутренняя и наружная отделка здания, однако готовиться к ней начали значительно раньше. В Риме было заказано большое количество копий с античных скульптур, выполненных из белого мрамора; к выполнению живописных работ привлекались и русские художники.