Prima architettura
A partire dal 1418 Brunelleschi si concentrò sull’architettura. In due piccole cappelle a cupola in S. Jacopo Soprarno e S. Felicità (ora distrutta o alterata), Firenze, ha sperimentato la costruzione a cupola. Nello stesso anno iniziò la chiesa di S. Lorenzo (1418-ca. 1470), iniziando con la Sagrestia Vecchia (1418-1428), una cappella cubica con una cupola a ombrello. La chiesa è una basilica a croce latina con tre navate porticate, cappelle laterali e una cupola sopra l’incrocio. Tutta l’ornamentazione è classica, con colonne corinzie, pilastri e modanature classiche di una morbida pietra grigio-azzurra (pietra serena) contro pareti di stucco chiaro. La loggia dell’Ospedale degli Innocenti (progettata nel 1419, costruita nel 1421-1451), a Firenze, solitamente considerata il primo edificio rinascimentale, è una graziosa arcata con colonne composte e finestre con frontoni triangolari regolarmente distanziati sopra ogni arco. Potrebbe essere stato in questo periodo che Brunelleschi lavorò al Palazzo di Parte Guelfa, Firenze; progettò pilastri giganti ad ogni estremità dell’esterno (alterati nel completamento).
Nel 1420 Brunelleschi iniziò ad erigere la grande cupola del Duomo fiorentino in collaborazione con Ghiberti, che alla fine si ritirò dal progetto. La cupola ha uno scheletro di otto grandi costole di pietra chiuse da due gusci, di cui le porzioni inferiori sono di pietra e le parti superiori di mattoni posati a spina di pesce, probabilmente derivati dall’antica costruzione romana. Nella sua costruzione a costole e nella sua forma ad arco acuto, la cupola appartiene ancora alla tradizione gotica. Con la chiusura dell’oculo nel 1436, Brunelleschi progettò la lanterna (completata nel 1467). Nel frattempo fu consultato per progetti altrove; fu a Pisa nel 1426 per lavorare alla Cittadella e a Volterra nel 1427 per consigliare la cupola del Battistero.
La Cappella Pazzi (1429-1467), nel chiostro medievale di Santa Croce, a Firenze, ha un affascinante portico con sei colonne corinzie che sostengono una trabeazione rotta al centro da un arco semicircolare, che riflette la cupola dietro di essa. La parte superiore della facciata è incompleta. L’interno è rettangolare con una grande cupola ad ombrello al centro coperta da un tetto conico con lanterna. Come in tutta la sua architettura, Brunelleschi ha usato la pietra serena più scura per i dettagli classici. I rilievi in terracotta smaltata dei quattro evangelisti nei pennacchi della cupola furono disegnati da Brunelleschi; la restante decorazione fu di Luca della Robbia. Nel 1432 Brunelleschi andò a Mantova e Ferrara su commissioni sconosciute, e nel 1433 era di nuovo a Roma per studiare le antichità.