Dopiero za rządów cesarzowej Elżbiety (panującej w latach 1740–1762) pałac został gruntownie przebudowany według projektu Michaiła Ziemcowa. Powiększył on główny budynek o dwie galerie, łączące go z sąsiadującymi pawilonami. Po śmierci architekta, pracami zajęli się jego uczniowie, jednak największą rolę w rozbudowie rezydencji odegrał Francisco Bartolomeo Rastrelli. Zrezygnował on z pomysłu Ziemcowa, opierającego swój projekt na lekkich galeriach łączących trzy budynki i zamienił je w jedną całość, co dawało efekt monumentalności. Pałac otrzymał trzystumetrową fasadę, której lekkości nadaje nieprzerwany rząd okien oraz liczne elementy wertykalne, kolumny i atlasy. Rastrelli zastosował także grę intensywnych kolorów, błękitu, bieli i matowego złota posągów.
Katarzyna II, która zasiadła na tronie Rosji w roku 1762, postanowiła jeszcze bardziej upiększyć Carskie Sioło. Za jej panowania zapanowała moda na styl klasyczny, zatrudniła więc szkockiego architekta klasycystycznego, Charlesa Camerona. Dobudował on m.in. Galerię Camerona z kolumnadą i brązowymi popiersiami.
Miejsce to również wiąże się z ostatnim carem Mikołajem II, który został w nim umieszczony po aresztowaniu przez Rząd Tymczasowy.