Обер-архитектор императорского двора скоро оценил способности молодого гезеля. Растрелли просил зачислить Фельтена заархитектором, дабы тот мог проявить на деле «природную склонность к архитектуре цивилис». Указом Правительствующего сената от 20 декабря 1755 года Фельтен был приведен к присяге и зачислен на службу.
Несомненно, главное значение для Фельтена имела работа в мастерской Растрелли. Когда в начале августе 1764 года Растрелли с семьей покинул Петербург, ближайшему его помощнику Фельтену пришлось завершать начатое его наставником, а вскоре приступить и к самостоятельному проектированию.
1760–1770-е годы стали периодом становления и расцвета таланта зодчего. Получив звание архитектора, он продолжал работать в Зимнем дворце и по дворцовому ведомству. Теперь, после отъезда Растрелли, главными архитекторами стали Валлен-Деламот и Фельтен. В архивных документах их имена постоянно встречаются рядом. Первый выполняет проекты отделки комнат на половине императрицы; второй готовит девять комнат для наследника, будущего Павла I в южной части дворца.
Имя Фельтена связано также с созданием замечательного сооружения, ставшего началом современного музея Государственный Эрмитаж.
Для размещения все увеличивающихся художественных коллекций решено было строить с восточной стороны жилого дворца специальное здание, возводившееся по проекту Деламота, а отчасти и в соответствии с проектом самого Фельтена (1764—1768).
Именно Фельтен осуществлял строительство здания. Он же в 1763—1766 годах разработал конструктивное основание Висячего сада и возвел жилой южный павильон (так называемый Малый дворец), а позднее, в 1769—1775 годах, им же были построены боковые галереи, предназначавшиеся для размещения картин.
По проекту Фельтена в 1775—1785 годах было построено «здание в линию с Эрмитажем» (Большой, или Старый, Эрмитаж). План из собрания Отделения рисунка Государственного Эрмитажа поясняет своеобразное название сооружения, встречающееся в архивных документах: при строительстве нового здания были использованы стены прежних построек, существовавших на этом участке, а возведенный фасад был как бы приложен, вытянут по одной оси с северным павильоном Эрмитажа. По проекту Фельтена был создан так называемый Овальный зал, который примыкал к этому павильону с восточной стороны.
В 1760—1770-х годах, после отъезда Растрелли, Фельтен был главным архитектором Канцелярии от строений. У Екатерины II по мере упрочения ее на престоле рождались грандиозные честолюбивые замыслы обновления столицы и загородных резиденций, преобразования всей страны. Она вникала во все строительные планы. Исполнителем ее намерений эти годы был Фельтен. На передний план выдвигались задачи градостроительного порядка. В числе первых мер по преобразованию Петербурга была совпавшая с окончанием строительства Зимнего дворца замена деревянной набережной Невы каменным парапетом с лестницами-пристанями.
Фельтену принадлежала определяющая роль в осуществлении этого замысла, хотя, несомненно, участников было много. В результате город обогатился сооружением, величавым по естественной простоте своих очертаний и мастерству обработки гранита безымянными каменотесами.
В июне 1770 года последовало распоряжение об установке решетки у Летнего сада. Совершенство решетки Летнего сада, классическая простота и завершенность ее строгого графического рисунка постоянно приковывают к себе внимание. Она стала своеобразным эталоном сооружений подобного рода. Ее композицию неоднократно варьировали позднее. Ограде Летнего сада посвящали стихи поэты.
С 1772 года началась педагогическая деятельность Фельтена в Академии художеств, занимавшая много времени. Внимания требовали постройки в столице и пригородах. С этих пор непосредственное наблюдение за ведением работ по установке ограды возлагается на Петра Егорова. В частности, по его замечаниям корректировался окончательный рисунок ворот и завершений столбов в виде ваз и урн, поначалу не предусмотренных. Егоров руководил производством работ до самого окончания строительства в 1784 году.
Объективная оценка заслуг Егорова вовсе не противоречит правильному пониманию роли Фельтена в сооружении решетки. С самого начала строительства роль Фельтена была не административной, а определяющей, формирующей характер и вид будущего сооружения.
В 1773 году на площади Зимнего дворца Фельтен переделал дом, который называли Глазовским – по имени его владельца капитана В. Глазова. Удачно выполненное зодчим поручение побудило императрицу повелеть 20 декабря 1778 года преобразить площадь «против императорского Зимнего дворца, между восточным углом Адмиралтейства и Миллионною улицею». Примерно через месяц, 26 января 1779 года, в Академии художеств был объявлен конкурс на застройку площади.
В октябре в Академии обсуждались итоги конкурса. Предпочтение было отдано модели «с порталом дорического ордера и антаблементом ордера коринфского… по открытии записки, приобщенной при упомянутой модели», сочинителем ее оказался архитектор Фельтен.
Именно на эти годы приходится широкое внедрение типового строительства в России. Принятое в результате конкурса предложение Фельтена и явилось таким типовым проектом, согласно которому должна была оформляться площадь. Работы, начавшиеся в восьмидесятых годах по его проекту, растянулись на многие годы. По соседству с Глазовским были возведены два дома – для А.Д. Ланского и Я.А. Брюса. Следует заметить, что по той же типовой схеме предполагалось видоизменить разнохарактерные фасады сороковых годов на Миллионной-Луговой улице, составлявшей юго-восточную границу площади, в результате чего вся она должна была получить единый облик в соответствии с проектом Фельтена.
Большой комплекс разного рода работ выполнил Фельтен в Петергофе. Его дарование полностью раскрылось при создании им новых интерьеров Большого Петергофского дворца. Новая отделка дворца создавалась в период, когда Россия торжествовала победу над турками. Чесменское сражение определило содержание и своеобразный облик нескольких сооружений Фельтена, в том числе и ансамбля Чесменского дворца.
Чесменский дворец и церковь при нем занимают особое место в творчестве Фельтена, так как именно этот архитектурный комплекс является чуть ли не первой, во всяком случае наиболее значительной, затеей ложноготического стиля в окрестностях Петербурга.
Дворец в плане представляет равносторонний треугольник, углы которого решены в виде башен, последние завершаются фонарями с полусферическими куполами. Помещения располагаются по периметру здания. В образовавшийся внутренний треугольник вписан круг, которому во втором этаже соответствует центральный Парадный зал. Внешние стены его, возвышаясь над массивом всего здания, образуют своеобразную зубчатую корону. Архитектура дворца значительна и сурова. Здание небольшое по размерам, выразительно своим компактным планом и силуэтом, что в целом определяет общую монументальность сооружения.
Внутренняя отделка дворца не соответствовала его суровому облику и являла пример декора, характерного для раннего классицизма. Своды и стены основных помещений рассекают филенки разных очертаний, контур которых образует тянутые профили низкого рельефа. Венки, обрамляющие медальоны, цветочные гирлянды – излюбленные мотивы Фельтена – составляют пластические акценты на гладкой поверхности стены.
Вся система построения внутреннего пространства не содержит ни малейшего намека на готическую архитектуру.
Возведенный поблизости от дворца храм в плане представляет «четырехлистник»: к сторонам квадрата присоединены равные полукруги стен – апсиды. Церковь по внешним признакам еще больше, чем дворец, тяготеет к средневековым памятникам. Она, в отличие от массивного дворца, кажется изящной, празднично нарядной игрушкой. И по виду, и по размерам здание скорее напоминает парковый павильон, решенный в формах ложноготической архитектуры.
Своеобразие архитектуры Чесменской церкви привлекло внимание современников и вызвало подражания. Дважды столичная достопримечательность была повторена в провинции.
В 1778 году Фельтен занимался проектом Воспитательного дома в Петербурге. Одновременно на него было возложено проектирование и строительство «Училища мещанских девиц». Архитектор по-разному решает два фасада здания: со стороны Невы и со стороны города. Главный корпус образует полукруг, ограничивающий площадь, от которой начинается дорога в город. Фасад имеет трехчастное членение, подчеркнутое входами, центральный из которых выделен пилястрами, объединяющими второй и третий этажи.
В сложности плана здания, в сдержанном использовании элементов ордерной архитектуры при общей сухости профилировки фасадов заключаются особенности типичной постройки раннего классицизма. Фельтен создал, безусловно, очень смелую композицию, свободно распорядившись предоставленным для строительства пространством. Это здание остается одним из немногих выразительных примеров архитектуры переходного времени.
Но естественная эволюция стиля привела к усилению формообразующего начала архитектурного ордера. В этом отношении замечательны церковные постройки Фельтена, значительная часть которых должна быть отнесена к памятникам следующего этапа раннего классицизма. Архитектор создал особый тип небольшого однокупольного храма. Каждая из этих построек по-своему хороша, и каждая – это вполне сложившийся, совершенный тип здания. Предельная лаконичность плана сочетается с завершенностью форм и выразительностью силуэта, где ордер играет активную роль.
Первый опыт работы в этой области архитектор Фельтен приобрел в 1765 году, когда в соответствии с указом от 29 сентября 1764 года он участвовал в конкурсе на проект восстановления к тому времени трижды горевшей колокольни Петропавловского собора. Фельтену довелось строить несколько храмов. Четыре протестантские церкви, из них две в Петербурге – Св. Екатерины (1768—1771), Св. Анны (1775—1779); две православные – пророка Иоанна Предтечи (1776—1778), Чесменскую церковь; армяно-грегорианскую церковь (1771—1780).