Одновременно Поляков работал в мастерской № 3 Моссовета. В 1933—1935 гг. по его проектам были построены два жилых дома — на Арбате и на Спиридоновке.
Дом № 45 на Арбате хорошо известен москвичам: в его первом этаже находится один из старейших диетических магазинов. Шестиэтажное здание стоит на углу улицы и Плотникова переулка. Два нижних этажа выделены декоративной ордерной композицией. Выступающие из массива стены полуколонны тосканского ордера образуют строгий ритм с чередующимися широким и более узким шагом.
Окна второго этажа в широком интерколумнии [1 Интерколумний — промежуток между двумя колоннами или пилястрами.] полуциркульные и перекрыты декоративной полукруглой аркой с замковым камнем. Ритм колоннады подчеркнут и в верхних этажах: полуциркульным окнам по вертикали соответствуют развитые наличники окон на третьем этаже и балкончики на пятом. Здание серого цвета, его нижняя часть имеет более темный, отяжеляющий оттенок.
Хорошо продуманы пропорции фасада, прорисованного уверенной рукой архитектора. В те годы, когда в столице появились здания, в которых использовались формы классического зодчества, дом на Арбате мог служить образцом строгого следования канонам, запечатленным в увражах и трактатах теоретиков архитектуры. Однако это было далеко не ученическое копирование, хотя автору проекта исполнилось всего 27 лет.
Интерьер магазина прост и наряден. Стены облицованы белым мрамором, который в некоторых местах окаймлен нешпрокой серой полосой. Круглые колонны покрыты продолговатой белой керамической плиткой, кое-где в нее вкраплены черные и синие квадратики. Лишь в торговом зале, в общем сохранившем первоначальный вид, заменены потолок и прилавки.
Другая работа Полякова, дом № 22 на улице Алексея Толстого, (бывш. Спиридоновка), несколько менее известна, но она не менее интересна по своей композиции. Собственно, на улицу выходит лишь торец здания, представляющий 11-этажную башню, в верхней части которой установлен резервуар для воды. Сам дом, семиэтажный, своим 100-метровым фасадом обращен к Спиридоньевскому переулку и несколькими секциями, повернутыми под прямым углом к основной части здания, протянулся в глубь квартала, куда можно пройти сквозь просторную арку. В доме 170 квартир, в основном трех- и четырехкомнатных, удобной планировки. В доме, который был построен для жилищного кооператива Наркомата путей сообщения,— небольшой детский сад и помещения красного уголка. Балконы всех квартир обращены во двор.
Фасад дома на Спиридоновке, так же как и на Арбате, декорирован ордером, но его трактовка иная. Плоские, графичные пилястры ордера украшают не нижние, а верхние этажи. Фасад расчленен декоративными поясами па четыре яруса; выделены нижний полуподвальный этаж и по два остальных. Стена второго снизу яруса обработана рустами, стены третьего и четвертого и два яруса башни—пилястрами. Самый верхний ярус башни, стоящей на оси одного из участков улицы, декорирован пилястрами со сложными коринфскими капителями; остальные имеют более простой рисунок.
Сопоставляя главные фасады обоих жилых домов, видишь, как архитектор испытывает в своей творческой лаборатории возможности различной трактовки тектоники ордерной системы и стены. Помещая ордер внизу, он делает его пластичным, упругим, как бы выдерживающим тяжесть вышележащей стены. Помещая же ордер над стеной, он изображает его плоским, невесомым. Обе композиции оказались логичными и убедительными.
Дворовые фасады обоих зданий покрыты простой штукатуркой. Это было характерно для того времени и объяснялось требованиями экономики и той направленностью архитектурного мышления, когда ордер играл лишь чисто декоративную роль, принадлежал не только фасаду дома, по и пространству улицы и площади.
К довоенным сооружениям Л. М. Полякова в Москве относится так называемый Северный вход на ВДНХ, представлявший собой в 1939 г., т. е. на момент постройки, главный вход на Всесоюзную сельскохозяйственную выставку. Сооружение представляет собою белую арку-ворота гармоничной трехчастной формы. Два квадратных в сечении бруса изогнуты в виде высоких стройных арок, поставленных одна за другую. Легкие в своей стремительности, они заключены между массивными устоями, которые, в свою очередь, прорезаны арочными проемами и сверху облегчены купольными сводами с круглыми отверстиями. Для усиления массивности и контраста между центральной и боковыми частями в виде контрфорсов с обеих сторон поставлены полуобелиски. Центральные арки с фасадной стороны украшены сплошным рельефом на тему изобилия (скульптор Г. И. Мотовилов). Первоначально именно через Северный вход проходил основной поток посетителей на выставку, демонстрировавшую успехи социалистического сельского хозяйства.
В конце 1970-х гг. граница ВДНХ расширилась, и Северный вход перестал нести функциональную нагрузку, а остался фактически как памятник архитектуры 1930-х гг., не потерявший своего очарования н сейчас. Однако некогда образ его был символом ВСХВ, и символом настолько всеобщим, что победивший на конкурсе проектов Главного входа на ВСХВ 1954 г. архитектор И. Д. Мельчаков вольно или невольно включил в центральный пролет своего грандиозного шестиколонного портика ведущий элемент входа Л. М. Полякова — украшенную рельефом арку.
13 марта 1938 г. вступил в строй участок Арбатско-Покровской линии метрополитена. Проект станции «Курская» принадлежал Полякову. После сооружения станции «Курская»-кольцевая радиальная станция была соединена с новой в двух уровнях: непосредственно были соединены эскалаторные вестибюли и станционные залы. Теперь далеко не всякий пассажир попадает под землю на старую станцию тем путем, который существовал в 1938 г. и был тогда единственным, и поэтому редко создается та цельность впечатления, на которую рассчитывал автор.
Пройдем на станцию старым путем. Вестибюль встроен в первый этаж жилого дома, который выходит на площадь Курского вокзала. На всем пути под землею архитектор приковывает внимание к верхней части пространства, не закрытой толпою: к перекрытиям, потолкам и сводам, по большей части украшенным разнообразными кессонами. В кассовом зале к потолку подвешен большой бронзовый венок из лавровых листьев, на котором закреплены обращенные вверх светильники. Затем по вспомогательному эскалатору (первому на Московском метрополитене) с энергичным, уступчатым перекрытием тоннеля пассажиры спускаются к промежуточному круглому залу с неглубоким куполом. Далее идет эскалаторный вестибюль с пластичным кессонированным потолком, декор которого дополнен розетками.
Мощные пилоны станционного зала облицованы серым мрамором, белые своды обработаны кессонами. На пилонах укреплены круглые бронзовые решетки со снопами и серпами в центре. Стены тоннелей облицованы белой глазурованной плиткой, а нижняя их часть — черным мрамором.
Архитектурный образ станции — мужественный и сдержанный. Среди деталей отметим декоративный пояс-карниз из четырех мелких полочек — такие полочки прежде были использованы в архитектуре станции «Красные ворота» учителем Полякова И. А. Фоминым, После кончины И. А. Фомина за окончанием строительства станции наблюдал Поляков.
В предвоенные годы Л. М. Поляков стал руководителем архитектурной мастерской Моссовета, в которой разрабатывались проекты жилых и общественных зданий. В 1941—1943 гг. он находился на оборонных заводах Южного Урала, где занимался проектно-строительными работами. По возвращении в Москву работал в Академии архитектуры СССР, а с 1944 г. руководил Государственной архитектурной мастерской Комитета по делам архитектуры при Совете Народных Комиссаров СССР. Л. М. Поляков отдал много сил восстановлению Севастополя: его генеральному плану, застройке проспекта Нахимова — одной из ведущих магистралей и других районов города-героя. В 1948—1950 гг. Поляков занимал пост главного архитектора и члена коллегии Управления по восстановлению Севастополя при Совете Министров СССР.
Одновременно Л. М. Поляков продолжал проектировать для Москвы. В 1949 г. по его проекту была построена станция метрополитена «Калужская» (ныне «Октябрьская» Кольцевой линии, открыта 1 января 1950 г.), в 1952 г.— «Арбатская» Арбатско-Покровской линии (открыта 5 апреля).
В повседневном общении Л. М. Поляков раскрывался далеко не перед всеми: его доверие надо было завоевать. Предельно собранный, аккуратный, деловитый, он за доской работал быстро и виртуозно. Объяснялось это тем, что он видел будущий чертеж со всеми подробностями. Рассказывают, что, начав чертеж с верхнего левого угла, он скоро заканчивал его в нижнем правом углу. Графика его была безупречна.
Выстроенные вскоре после войны станции метро отражают новые веяния, возникшие в творчестве советских архитекторов. Пафос победы над фашизмом привел к стремлению более полно выразить патриотические настроения в архитектурном творчестве. Если прежде Л. М. Поляков использовал международные мотивы классического ордера, то теперь он обратился к отечественной архитектурной традиции: русскому классицизму начала XIX в. и к древнерусским мотивам.
Станция метро «Октябрьская» находится рядом с гостиницей «Варшава». Наземный вестибюль станции представляет собой массивную триумфальную арку с барельефными фигурами воинов — мужчины и женщины, держащих в руке фанфары. В связи с реконструкцией Октябрьской площади в настоящее время центральный фрагмент фасада станции метро оказался в глубине ниши, образованной на фасаде обступившего вход на станцию метро здания. В кассовом зале и в пятиугольном эскалаторном зале тема Славы повторяется в фигурах женщин-воинов с поднятыми кверху фанфарами и венками, изображающими оружие и боевые знамена (скульптор Г. И. Мотовилов).
В станционном зале строгие формы пилонов, облицованных светлым мрамором, подчеркнуты светильниками-кронштейнами в виде факелов из анодированного алюминия. В венках-медальонах, окруженных скульптурпым орнаментом, помещены погрудные барельефы советских воинов. Торжественный характер станции придают керамические венки кремового цвета с золотистым орнамептом, помещенные па стенах, и пол из красного гранита. Архитектурной находкой явилась декоративная композиция торцовой степы зала: сквозь арочпый проем, в котором установлена черно-золотистая решетка в виде ворот, виднеется подсвеченное скрытым источником света изображение синего неба, помещенное в неглубокой нише. Архитектор, преодолевая ощущение подземности транспортного сооружения, создал иллюзию раскрытия пространства зала в природу. Этот прием он повторил через несколько лет в оформлении станции Ленинградского метрополитена «Пушкинская».