С середины 1770-х годов Казаков стал работать и в области дворцового и усадебного строительства. В последующие десятилетия по его проектам были созданы не сохранившийся до наших дней Пречистенский дворец, усадьба Н. А. Демидова в Петровском-Алабине, где зодчий разрабатывал новый по сравнению с серединой XVIII века тип усадебного ансамбля – строгого по композиционному решению, объединившего в себе группу разнохарактерных построек, отличающихся логикой и ясностью архитектурных объемов. Наконец, зодчий вел строительство дворцов (неоконченных) в царских подмосковных – Булатникове и Конькове.
Именно в дворцовых постройках нашли свое выражение романтические тенденции творчества архитектора, столь ярко проявившиеся и в творениях его учителя В. И. Баженова. Неразрывно связанные с новым истолкованием проблемы национального в русском зодчестве последних десятилетий XVIII века, эти сооружения говорят о своеобразном понимании Казаковым художественных форм архитектуры допетровской Руси [Долгое время это направление в архитектуре называлось в специальной литературе неоготикой].
В 1775 г. Казаков принял участие в создававшемся под руководством Баженова декоративном оформлении Ходынского луга, где происходило празднование Кучук-Кайнарджийского мира с Турцией. Благодаря прекрасным рисункам зодчего можно представить себе облик этого праздничного убранства, основной темой которого были победы русских в только что окончившейся войне. Постройки разнохарактерны; особенность их решения – в своеобразном сочетании мотивов древнерусского зодчества с элементами декора европейской готики. Однако казаковские Азовский замок и Керченскую галерею можно назвать «готическими» лишь по характеру наружного оформления. В основе же своей это ордерные постройки.
Тенденции, наметившиеся в ходынских павильонах, нашли свое развитие в Петровском подъездном дворце на Петербургской дороге (современное Ленинградское шоссе), сооруженном Казаковым в 1775-1782 гг. Этой загородной резиденцией Казаков как бы вводил подъезжавшего в круг древних построек Москвы. Имея в основе своей четкую классицистическую композицию, простые симметричные планы построек, строгое решение фасадов, ансамбль в то же время исключительно живописен и вызывает в памяти нарядные сооружения XVII века. Это достигается умелым использованием пластически выразительных деталей – наличников, арок с гирьками, узорных поясов, кувшинообразных столбов, столь хорошо изученных Казаковым во время его обмерных и ремонтных работ на древних московских постройках, а также благодаря применению полихромии – красного и белого цветов – в колористическом решении фасадов. Без сомнения, Петровский дворец – наиболее значительное сооружение Казакова из всех, выполненных им в национально-романтических традициях. Это особенно заметно при сравнении его с неоконченным дворцом в Царицыне (возводился в 1787-1793 гг. на основании разобранной баженовской постройки), где попытка соединить классицистические и древнерусские элементы не привели к созданию сооружения, органичного и цельного по облику.
Если в дворцово-усадебных ансамблях Казаков одновременно развивал и классицистическую и национально-романтическую линии своего творчества, то в культовых сооружениях он выступает как последовательный классик. Во многих из них он разрабатывает одну из сложнейших объемно-пространственных структур – ротонду.
Первым из такого рода сооружений, в котором Казаков одновременно развил тип постройки, где церковь, трапезная (выстроенная ранее, в 1752 г.) и колокольня расположены на одной оси, была церковь Филиппа Митрополита на 2-й Мещанской улице (ныне улица Гиляровского). Построенная в 1777-1778 гг. на месте храма XVII века, она вошла в ансамбль располагавшегося здесь в то время двора митрополита Платона.
Сложное по своему характеру здание, в котором объединены массивный цилиндр нижней части и пирамидальная устремленность верхних, выглядит исключительно эффектным за счет контраста между основным объемом с его тяжелым антаблементом и легкими колоннадами двух портиков и венчающей ротонды-бельведера. Пластика и монументальность наружного облика церкви перекликаются с ее интерьером, в основу которого положена свободно стоящая круглая колоннада (несомненно, здесь Казаков развивает те приемы, которые он впервые использовал в ротондальном зале Сената). Умелое сопоставление четырех больших колонн ионического ордера с колоннами коринфского ордера в алтарной части (образовались как бы две ротонды) подчеркивало строгую центричность композиции. Белая с вкраплением позолоты лепнина делала интерьер одновременно нарядным и торжественным.