Архитектурная школа Ухтомского (она располагалась в доме Сенатской типографии в Охотном ряду) была и остается значительным явлением в художественной жизни России XVIII века. Школа мыслилась ее руководителем как основа будущей архитектурной академии – учебного центра русских зодчих. Именно поэтому весь учебный процесс носил регулярный и последовательный характер и строился на теоретической и практической основе. Так, ученики занимались различными математическими дисциплинами; много времени уделяли черчению и архитектурному рисунку, о чем говорят сохранившиеся в архивах прекрасно исполненные чертежи П. Никитина, М. Казакова, В. Яковлева и других. Большое место в учебном процессе занимала история архитектуры и ее теория, изучение трудои Витрувия, Палладио, Вииьолы и Блонделя. По тем временам это было новым явлением. Однако теоретические знания у Ухтомского не отделялись от практических. Заканчивая курс наук, ученик получал конкретное задание, а в случае его успешного выполнения направлялся для наблюдения за строительными работами, занимался проектированием зданий, составлением смет, ремонтом домов, их осмотром [Ученики Ухтомского первые из московских архитекторов стали вести широкое строительство и в провинции (Нижнем Новгороде, Ярославле, Ростове и т. д.), что способствовало распространению передовых архитектурных идей и методов строительства]. Все это способствовало развитию у молодых зодчих не только строительных навыков, но и глубокого понимания архитектуры.
В годы учения у Ухтомского, а затем работы под руководством П. Р. Никитина (он с 1761 г. возглавил школу и команду) Казаков приобрел большой строительный опыт: участвовал в создании Головинского дворца, Триумфальных ворот на Страстной площади в честь коронации Екатерины II, галереи Оружейной палаты. Принимая участие в осмотрах зданий, он прекрасно изучил древние постройки, особенно кремлевские, что позволило ему вести ремонт и восстановление Черниговского собора и церкви Спаса «на бору». Последнюю он изобразил на акварельном рисунке и офорте, положив тем самым начало своим архитектурным рисункам и гравюрам. Одновременно Казаков преподавал в архитектурной школе, обучая младших учеников «рисовать фигуры и орнаменты».
Впервые дарование Казакова как архитектора раскрылось во время его участия в восстановлении Твери после пожара в мае 1763 г. В планировке и застройке этого города, осуществленной под руководством ученика Ухтомского, талантливого русского зодчего П. Р. Никитина [Племянник портретиста петровского времени Ивана Никитина, Петр Романович Никитин помимо Твери много строил в Москве, подмосковных усадьбах (Ярополец), РТовгороде и других городах; является автором плапи-ровки Калуги и проектов зданий центральной части этого города], нашли свое отражение принципы русского градостроительства XVIII века. Это выразилось и в трехлучевой системе планировки, и в регламентации ширины улиц и высоты домов, и в застройке главных улиц «сплошной фасадой». Интересно, что именно после восстановления Твери был издан указ «О сделании всем городам, их строениям и улицам специальных планов».
Никитин вызвал Казакова в Тверь осенью 1763 г. и сразу же привлек его к разработке проектов наиболее крупных административных зданий города. Так, совместно они создали проект перестройки сгоревшего архиерейского дома в Путевой дворец, по которому было возведено сооружение, типичное для середины XVIII века: в центре – главный корпус, два боковых – сильно выдвинуты вперед; объемы очень пластичны, богато декорированы. Казаков обстраивал и спроектированную Никитиным Фонтанную (8-угольную) площадь. Созданные Казаковым проекты (под руководством самого архитектора были выстроены лишь Соляной двор и Магистрат) говорят о стремлении автора придать постройкам торжественный характер; зодчий добивался этого ритмическим повторением одинаковых форм, строгостью решений фасадов, где выделялся лишь небольшой фронтон. Несомненно, работа в Твери, где он впервые столкнулся с градостроительными проблемами, имела для Казакова немаловажное значение и во многом способствовала его становлению как архитектора-классициста, умеющего решать сложные вопросы взаимосвязи отдельных построек и целых ансамблей с городской средой. Однако окончательное становление Казакова как архитектора относится ко времени его работы в Экспедиции Кремлевского строения в Москве под руководством В. И. Баженова.