В ходе строительства Брунеллески придумал и реализовал несколько уникальных приемов, обеспечивших
устойчивость и надежность сооружения:
Изгиб угла ребер соответствовал 60 градусам, а уровень наклона сохранялся благодаря деревянным лекалам, передвигающимся вверх по мере появления новых рядов кладки;
Кирпичная кладка осуществлялась не горизонтально, а с уклоном внутрь (согласно римскому способу), что ослабляло внутренний распор и уменьшало нагрузку на основание здания;
Кирпичи располагались «елочкой», за счет чего отпадала необходимость использовать кружала (специальные дугообразные доски для возведения каменных сводов);
Купол состоял из двух оболочек, при этом внутренняя играла роль мощного каркаса, созданного из вплетенной в кладку арматуры, а внешняя – выполняла защитную и декоративную функции.
Возведение купола началось в 1420 году и завершилось спустя 14 лет.