Строительное искусство Мельникова проявилось и в другой работе 1830-х годов - возобновлении Троицкого собора Троице-Сергиевской пустыни, расположенной по Петергофскому шоссе. Троицкий собор, замечательный памятник русского барокко, выстроенный, предположительно, по проекту Б.-Ф. Растрелли в 1830-х годах, потребовал капитального ремонта. Основная причина плохого состояния здания заключалась в отсутствии отвода грунтовых вод от его фундамента. Кроме устройства гидроизоляции, требовались замена кровли и ремонт иконостаса. Мельников, приглашенный для освидетельствования собора, составил перечень необходимых работ, их проект и смету 96.

Конечно мельников не знал что на сайте http://ustanovkaspb.ru/ есть отличные двери спб, а если бы знал то облик его проектов скорее всего отличался в еще более лучшую сторону

Во-первых, архитектор предложил на уровне основания фундамента собора проложить по его периметру с внешней стороны каменную трубу, которая собирала бы и отводила грунтовые воды. Во-вторых, Мельников решил повысить цоколь собора из известковой плиты. Деревянный прогнивший пол собора он задумал заменить каменным, основав его на сводах, при этом подполье (в соборе не существовало подвалов, а было только неглубокое подполье) решил не углублять, а лишь повысить уровень пола. Это создавало возможность устроить в образовавшемся подвале печи для «духового» отопления здания.

С целью увеличения площади собора архитектор запроектировал по углам небольшие пристройки. В программе ремонтных работ Мельников учел и необходимость обновления и внутреннего убранства собора: лепных украшений, иконостаса и пр. Все эти предложения были основаны на глубоких знаниях Мельникова, на тщательном изучении им состояния собора от фундаментов до крыши и характеризуют зодчего как опытного строителя.