1703年，彼得一世作出了他一生中的一项重大决定，放弃莫斯科，迁都北方涅瓦河口。1703年5月1日，俄国军队攻下了涅瓦河三角洲上的一座城堡。这个在战略上、政治上、经济上具有重要意义的地方原来是一个很不惹人注意的沼泽地。涅瓦河两岸不是水洼就是石头，连树丛也很少。1703年5月16日，在纪念圣徒彼得和保罗的日子里，彼得一世下令在涅瓦河附近一小岛上建立彼得保罗要塞，为他自己和亲信造了几座小木屋。谁会想到，彼得一世是在为俄罗斯未来的彼得堡奠基。城市就从彼得保罗要塞这个小岛开始向涅瓦河的左右两岸延伸。
从1703年下半年开始，新首都彼得堡的建筑工程开工了。“木匠”彼得亲自参与设计，对工程进行监督。1706年彼得一世命令海军部和陆军部迁到彼得堡。1708年彼得一世坚持要求自己的妹妹纳塔利娅以及两个同父异母妹妹来彼得堡居住，还为她们建了剧院。没过多久，350家贵族被强令迁到彼得堡定居。彼得一世为他的亲信沙菲罗夫、缅希科夫等宫廷显贵在彼得堡修建了比他们在莫斯科更加豪华的府邸。
1713年，圣彼得堡被定为首都，10年后新首都的人口达到7万人。尽管这里的环境恶劣、生活不便，一切都在按彼得一世的计划在发展。彼得堡逐渐变成俄国新的政治中心、军事中心、经济中心、商业中心和文化中心。
在海军部大楼的前面，斜着有一条笔直宽阔的大道，它就是未来著名的涅瓦大街。街道两边有其他王公贵族的宅院。在与涅瓦河平行的另一条大道上，彼得一世于1711年决定修建冬宫。当时这座皇家宫殿并不怎么起眼，周围全是豪华的私宅。它的惟一不同之处是大门由两根大立柱支撑，上方悬挂着船头的模型。在这幢建筑物里，除了一间宽敞的接待厅外，其他房间都较窄小，因为彼得一世喜欢小房间。为了与邻近的房子协调一致，有的楼层不得不盖得比较高，彼得一世便让人在他经常使用的房间里加修一层天花板，使屋顶矮下来。
彼得一世在修建涅瓦河支流岸边的夏宫时，也表现出同样的风格。夏宫犹如一座荷兰的乡村住房，金属屋顶，淡黄色的墙壁，白色浮雕，坐落在花园的中心。周围是花坛、草坪、人造岩洞、凉亭、喷泉、雕像、游廊，一切都具有凡尔赛宫的特色。由于夏宫花园里有许多喷泉，涅瓦河的这条支流被称为喷泉河。
到1715年，彼得堡已经成为俄国新的政治中心。这里有参政院和沙皇办公的宫廷。俄国宫廷的达官显贵们在彼得一世的命令下都将自己的官邸迁到了彼得堡。
彼得堡的独特之处在于，它既不像俄国的其他城市，也不像任何一个欧洲的城市，如巴黎、罗马、伦敦。因为同俄国工匠一起建设俄国首都的还有欧洲各国的建筑师，如荷兰的、苏格兰的、意大利的、德国的、法国的、瑞士的、英国的。俄国皇帝从国外请来了工程师、建筑师、科学家和能工巧匠，为他们创造优越的生活和工作条件。意大利人多麦尼科·特雷西尼成为圣彼得堡的第一位外国建筑师。彼得保罗大教堂、十二个部的大楼、彼得一世的夏宫都是按他的设计建造的。巴黎来的勒布朗在彼得堡建造了许多工场作坊，有搞艺术木雕的，有搞石头艺术加工的，等等。舰船修造厂和大桡战船造船厂很快装备了俄国的年轻海军。铸造工场也武装了海军。壁毯纺织工场生产法国式挂毯，而丝绸工场生产优等纺织品。在建筑方面，彼得堡从最初几十年起就显得十分和谐。早期彼得堡巴洛克式建筑风格相当朴素严谨，后来的巴洛克式风格则充满了艺术家的丰富想象，再后是古典主义、后古典主义及现代派风格。总之，欧洲曾出现过的各种建筑风格流派在彼得堡城市建筑中都有反映。彼得一世死后历代王朝都设在这里。它逐渐成为一个国际性都市。芬兰人从农村运来了牛奶，德国人在这里开食品杂货店，荷兰人到这里卖首饰，法国人当家庭教师，英国人当俄国海军的军官。今天只要你沿涅瓦大街看看两边那些教堂，你就会相信：彼得堡不仅是俄国城市中最欧化的城市，而且在信教自由方面是最开放的城市。瑞典和芬兰的教堂，波兰天主教教堂，亚美尼亚和荷兰的教堂，基督教新教的教堂，英国圣公会的教堂都同东正教卡赞斯基大教堂和睦相处在一起。圣彼得堡还有宗教改革派教会的教堂、路德教会的教堂、犹太教堂、佛寺、清真寺。可以说，世界各国的宗教及基督教的各教派这里都有。
在不到一百年的时间里彼得堡在各方面就可与世界各国的著名首都相比了。许多杰出的科学家是它的荣耀。天才的罗蒙诺索夫集物理学家、化学家、历史学家、地质学家、哲学家、天文学家、冶金学家、诗人于一身。另外还有数学学派的著名创始人列昂纳得·艾勒、俄国瓷器发明人德米特里·维诺格拉多夫等。保持着古老制作方法的列宁格勒瓷器厂就是从维诺格拉多夫的实验室开始的。普希金、果戈理、莱蒙托夫、丘特切夫、费特、涅克拉索夫、陀思妥耶夫斯基、列夫·托尔斯泰都为发展俄罗斯文学做过贡献，也都曾在彼得堡生活过。
彼得堡不但市区的建筑和谐整齐，而且郊区的宫殿、庄园、花园等像珍珠项链一样构成独特的建筑群体。彼得的行宫、叶卡捷琳娜的皇村（即普希金城）、彼得保罗要塞、彼得三世的奥拉宁包姆（即后来的罗蒙诺索夫市）、加特契纳、斯特烈里纳、罗普沙、普里尤季诺、罗日杰斯特韦诺，以及其他的沙皇高官显贵的庄园等的建筑极为精致，园景非常美丽。