Масштабы и формы пристроек определились далеко не сразу; очевидно, как и в других случаях, неоднозначным было и авторство. Существует план П.И. Аргунова того периода, предлагающий двойное расширение здания — как с юга, так и с севера. Известный проект Дж. Кваренги (план и фасад), по общему мнению, изображает пристройку обширного колонного зала с севера, со стороны парка. Однако этому противоречит необычайная для паркового фасада монументальность, а также большое сходство планировки зала с залом на чертеже Е.С. Назарова, где показана заведомо южная сторона здания (на плане видна часть театра). После нескольких вариантов, которые, как и прежде, начинали спешно осуществляться и на ходу менялись по новым проектам, передняя часть главного здания — фасад, сени с проходными «сенцами» по сторонам, парадная лестница и анфилада — в 1796 г. приобрела в целом свой окончательный облик. Отделочные работы и некоторые переделки велись и позже; на внутренних стенах сохранились следы первоначальных проемов. Летом того же, 1796 г. к Итальянскому павильону, вероятно, по проекту И.Е. Старова, но также с изменениями, пристраивалась Ротонда — круглый купольный зал, который летом должен был превращаться в открытую со стороны сада колонную беседку. Ротонда была задумана как «Храм благодарности» Екатерине II, с мраморной статуей императрицы в центре, но после ее смерти в том же году и воцарения Павла I статуя была заменена итальянской скульптурной группой «Три грации». Тогда же предполагалось поместить портрет Екатерины в центральном зале парадной анфилады дворца, но вскоре зал был переделан, а в соседней Пунцовой гостиной поставлен (в той же тяжелой, необычайно торжественно оформленной резной раме) портрет Павла I работы Н.И. Аргунова. Затем началось создание Картинной галереи, включившей пространство Генеральной ложи (в некоторых более ранних документах она прямо называлась «временной») и боковых «кабинетцев», заменивших к тому времени первоначальные лестницы. Внизу, на месте бывшего под ложей Овального кабинета, создавалась вторая, более скромная Эстампная галерея. Замечательно, что расчленяющие ее колонны Шереметев хотел сделать раздвижными, как в театре, чтобы «можно было столы поставить в случае кушания»; в стремлении разнообразить, театрализовать свои праздники он добивался даже не присущей классицизму многофункциональности помещений.

После придворных приемов весной 1797 г. во дворце все еще продолжались внутренние работы. В 1798 г. появились последние новые объемы — пристройки со стороны парка, симметричные в плане южным — угловой гостиной и парадной лестнице. Средняя часть садового фасада была оформлена близкой к упомянутому выше проекту Кваренги десятиколонной лоджией под фронтоном, фланкированной глухими простенками с декоративными нишами, но без широкой наружной лестницы. Однако у Кваренги эта колоннада торжественно выступает вперед, а здесь она зажата между новыми ризалитами. Их фасады напоминают проект, сохранившийся в выполненном еще в 1793 г. чертеже П.И. Аргунова (ныне его автором считают И.Е. Старова). В 1799 г. эти и другие помещения дворца продолжали отделываться; одновременно начались и первые ремонтные работы. Для характеристики многосложности облика дворца необходимо отметить, что наряду со специально для него выполненной резьбой, лепниной и т.д. многие детали интерьера покупались готовыми. Это не только мебель, статуи, светильники, но и резная отделка (так, уже под самый конец произведения Споля в Итальянском павильоне заменяются более строгими и монументальными, привезенными из Петербурга) и даже более сложные по рисунку паркеты — узорные вставки в центре пола во многих помещениях дворца. Из последующих стилистических переделок дворца сохранились лишь позднеампирные торцовые павильоны, появившиеся после сноса Старых хором и Гостиного флигеля, и современная им полукруглая ограда парадного двора. Фигурные завершения столбов ограды, противоречащие ее простым ампирным формам, возможно, отлиты позже по образцу ваз на колоннах прежней ограды. Изменения интерьеров середины XIX в. и 1870-х гг. — убранство царских покоев в первом этаже, темные штофные обои в парадной анфиладе — начали устранять уже при первых послереволюционных реставрациях. В наше время восстанавливается Ротонда Итальянского павильона, превращенная в 1856 г. в кабинет Александра II.

Несмотря на сложную строительную историю, Останкинский дворец сформировался в целом как законченное произведение зрелого классицизма. В развернутой композиции глубокого парадного двора важную роль играет удвоение традиционного приема — соединение главного дома и флигелей переходами. Разномасштабность объемов, подчеркнутая контрастами членений — то очень крупных, то рядовых, — и разнообразие обработки усиливает живописность общего впечатления. Массивность объема главного здания, увенчанного низким куполом, почти не ощущается ни со стороны парадного двора, ограниченного павильонами и крыльями, ни из неширокой партерной части парка. Здание воспринимается «фасадно», что ослабляет, в частности, почти барочный характер крупных задних ризалитов; боковые фасады изолированы. Четок контраст лаконичного рустованного первого этажа, прорезанного простыми прямоугольниками окон и дверей, и парадного, богато украшенного верхнего. Но стройный центральный коринфский портик под фронтоном не играет на главном фасаде, как обычно, исключительной роли: слишком сильна пластика боковых лоджий — четырехколонных ионических портиков в антах. К тому же ритм их колонн перебивает контур помещенных за ними тройных палладианских арочных окон. Их арочные завершения и окна второго света центрального зала усиливают общую классическую пирамидальность композиции фасада дворца. Усложненность фасада дополняют декоративные галереи, соединяющие все три портика. Парковый фасад с десятиколонной ионической лоджией, во всю ширину перекрытой фронтоном, гораздо величественнее главного. В том же ордере, отвечающем ордеру передних лоджий, выполнены парные колонны, фланкирующие фасады ризалитов. Здесь палладианские окна полностью открыты и эффектно увенчаны крупными веерными архивольтами. Общая рустовка первого этажа заменена в ризалитах прямоугольными нишами на гладкой стене, отвечающими членениям парадного этажа. Объем усложняют маленькие одноэтажные выступы во внутренних углах. Стены над ними декорированы так разнообразно, как, может быть, ни в одном другом здании зрелого классицизма.

На всех фасадах здания тянутся ленты многофигурных рельефов Ф.Г.Гордеева. Одноэтажные переходы к павильонам оформлены со стороны парадного двора как очень простые колонные галереи, приподнятые над уровнем земли. Задние их стены, подчеркнуто лаконичные, декорированы лишь глухими двухколонными портиками. Наиболее своеобразна архитектура павильонов. Она отличается от других частей дворцового ансамбля прежде всего своими укрупненными пропорциями и членениями (богато прорисованный большой ордер, огромные высокие окна). Основной квадратный план, отвечающий пластической цельности образа, дополнен на Египетском павильоне сильным восточным ризалитом, несущим крупный колонный портик. Очень выразительны порталы северных фасадов с тесно сдвинутыми колоннами того же усложненного ионического ордера. Совершенно необычны при этом резко выступающие угловые лопатки со сложной декорацией, не соответствующей архитектурным членениям зданий, а также опоясывающие здания над окнами широкие лепные фризы и сам рисунок этой лепнины. Аттики обоих зданий увенчаны профилированными карнизами, что усиливает их значительность и придает объему павильонов более замкнутую форму. Купольная Ротонда, пристроенная к Итальянскому павильону, выделяется особой строгостью и лаконизмом архитектуры зрелого классицизма.