Восстановление разрушенного и разграбленного дворца началось под неусыпным вниманием Николая I в 1826 г. Во главе строительных работ был поставлен И.Т. Таманский. Архитектор восстановил дворец в соответствии с первоначальным замыслом М.Ф. Казакова. Изменениям подверглось лишь внутреннее убранство: лепка Круглого зала уступила место росписи в технике “гризайль” (художник О.И. Артари), на стенах аванзалов появились арматуры — композиции из военных доспехов, перекрытия центрального зала первого этажа были заменены колоннами. После восстановления дворец в дальнейшем почти не подвергался перестройкам, т. к. идеи серьезной перепланировки его фасадов, возникшие в 1830-е гг. ( проекты М.О. Лопыревского, И.Ф. Михайлова, П.И. Таманского и др. ), не увенчались успехом. Незначительные изменения интерьеров были допущены в ходе последующих ремонтов в 1836 — 1837, 1856, 1862 — 1867, 1875 — 1878, 1907 — 1916 гг. Например, в апреле 1875 г. по проекту скульптора А. Козлова были установлены мраморные доски на каминах, поставлены два новых алебастровых камина, выполнены печи с фальшивыми каминами. В 1896 г. над главным портиком здания появились навес над балконом и фигурные печные трубы.
Как правило, ремонтные работы приурочивались к визитам императорской четы. Тогда дворец и прилегающая к нему местность заметно преображались. Перед коронацией Александра II на Ходынке для почетных гостей был выстроен величественный царский павильон, окруженный рядом воздвигнутых в русском стиле галерей. 8 сентября (по старому стилю) для народа накрыли 672 стола с обильным угощением. На высаженных вокруг павильона деревьях висели булки и жареные куры, а между столами были устроены фонтаны, бившие медом и виноградным вином, конные ристалища и разные увеселительные сооружения. Государь прибыл к царскому павильону, объехал народные толпы, после чего началось гулянье. Стечение народа на Ходынском поле в этот день достигало 500 тыс. человек.
Коронационные торжества играли в жизни тогдашних россиян столь важную роль, что неоднократно удостаивались внимания живописцев и графиков. И.Е. Репин посвятил одно из своих полотен приему Александром III волостных старшин во дворе Петровского дворца.
В 1896 г. на коронацию прибыл последний российский император Николай II. Несмотря на проливной дождь, толпа любопытных заполнила все пространство от Брянского (ныне Белорусского) вокзала до дворца. Простонародье встречало императорский кортеж, стоя на коленях по обочине Петербургского шоссе. В самой подмосковной резиденции был выстроен парадный караул из лейб-гренадеров Екатеринославского полка. У крыльца императора ожидали представители дворянства во главе со своим предводителем князем В.А. Голицыным, уездного земства, духовенства. В Круглом зале Путевого дворца Николай II встречался с послами иностранных государств. Вечером накануне коронации несколько хоров исполняли во дворце серенады в честь самодержца, а более тысячи присутствовавших держали в руках зажженные разноцветные фонарики. Момент выезда царя из дворца в Кремль общим звоном отметили колокола всех московских церквей. Спустя несколько дней последовала ужасная ходынская катастрофа. В ходе раздачи немудреного царского подарка — кружка, платок и пряник — произошла страшная давка, в которой погибло множество людей. В малом дворцовом храме отслужили панихиду по погибшим, после чего устроили новые гулянья.
С началом Первой мировой войны Петровский дворец подобно многим другим был передан под госпиталь. Для подвозки раненых во двор были подведены трамвайные пути.
После событий октября 1917 г. все имущество императорской семьи было национализировано. Правда, при Временном правительстве дворец продолжал находиться в ведении Московского дворцового управления. В марте 1917 г. в нем размещались лазарет, Петровский районный комитет, милиция, частные лица (графиня Келлер), служители (27 человек) во главе со смотрителем.
Уже тогда интерьеры стали постепенно разрушаться. В июле 1917 г. было решено передать дворец в ведение городских властей, но после принятия декрета СНК “О конфискации имущества сверженного российского императора…” в июле 1918 г. здание становится государственной собственностью. Надзор за состоянием дворца с 1919 г. стал осуществлять отдел по делам музеев Наркомпроса. В июле 1920 г. отдел передал дворцовое здание в пользование Главному управлению военно-воздушного флота 6. Отдел, однако, оставил за собой право контроля за содержанием дворца и 6 комнат на антресолях для хранения уцелевшего дворцового имущества. Благодаря заботам коменданта здания Ф.Д. Абрамова и представителей отдела по делам музеев в течение 1923 — 1926 гг. все работы в здании находились под относительным контролем. Были выявлены изразцовое панно “Соколиная охота Ивана Грозного”, гобелен “Помазание Михаила Федоровича на царство” и др. Тем не менее, въехавшая во дворец в 1923 г. Военно-воздушная инженерная академия им. Н.Е. Жуковского начала активные действия по переоборудованию залов дворца, проведению парового отопления и т. д. В итоге, в паспорте дворца на 1931 г. стоит неутешительное заключение: “…Инвентарь [мебель. — С.М.] не сохранился”. Осенью 1941 г. здание, 30 ноября 1923 г. переименованное в “Дворец Красной авиации”, использовалось под штабы авиации дальнего действия и войск ПВО. В послевоенные годы в нем снова разместились учебные аудитории академии.
Лишь немногие фрагменты прежнего убранства Петровского дворца дошли до наших дней. Сохранились декор Круглого зала и четырех аванзалов, парадная лестница, отдельные предметы мебельных гарнитуров.
Сразу после завершения строительства дворца начала меняться и окружавшая его местность. Со стороны Ходынского поля ко дворцу подступали пахотные и выгонные земли казенных крестьян деревни Шелепиха. Со стороны Тверской заставы находилась Маслова пустошь с протекавшей по ней речкой Пресней. Далее тянулись земли ямщиков Тверской-Ямской слободы, а за ними — деревня Зыково. Дачные строения вокруг дворца и территорию Масловой пустоши в соответствии с планом восстановления Москвы решено было выкупить и превратить в парк. В 1827 г. архитектор А.А. Менелас составил смету и план работ. Проведение их было поручено И.Т. Таманскому под наблюдением директора Комиссии от строений сенатора А.А. Башилова. В 1830 — 1831 гг. по представлению главного садовника Ф.В. Финкельмана в парке были вырыты пруд и специальная канава для подачи в него воды из “бутырского болота”, возведены две плотины, высажены первые деревья (дубы, лиственницы, клены, липы). В 1832 г. у пруда выстроили мостики, к которым на следующий год подвели пешеходные дорожки. Для инвалидов Отечественной войны 1812 года И.Т. Таманский выстроил в парке специальные павильоны в готическом стиле.
