С восточной стороны к старому зданию архитектор А.А. Михайлов пристроил новый дополнительный трехэтажный корпус, разместив в нем грандиозных размеров двусветный Банкетный, или Белоколонный, зал, изящно оформленный 24 колоннами. Тогда же зодчий переделал и другие парадные залы второго этажа. Привлеченные к отдельным работам во дворце лучшие художники-декораторы в соавторстве с А.А. Михайловым создали тогда удивительную анфиладу дворцовых парадных залов: Танцевальный зал, Зеленую, Императорскую и Синюю гостиные и Большую ротонду. Стены некоторых парадных залов облицевали искусственным мрамором, в других – обтянули штофом. Своды потолков украсила живопись, выполненная А.К. Виги, Б. Медичи, П. Скотти, Ф. Торичелли, А.И. Травиным.
В новой восточной пристройке к зданию зодчий предусмотрел домашний театр, отделанный в формах «второго барокко», насыщенных, по проекту И.А. Монигетти, золоченой лепкой. В анфиладе залов, ведущих к театру, размещалась знаменитая художественная галерея князей Юсуповых.
Архитектор А.А. Михайлов закрыл ранее существовавший сквозной проезд во двор и вместо помпезной въездной арки со стороны набережной, сооруженный ранее Ж.-Б. Валлен-Деламотом, возвел представительную широкую парадную лестницу, ведущую в главные дворцовые залы. По его проекту тогда же на огромной усадебной территории разбили прекрасный сад, возвели оранжереи и садовый павильон.
В последующие годы князья Юсуповы продолжили разного рода улучшающие переделки дворцовых помещений и объектов, расположенных на участке.
Во второй половине 40-х годов XIX столетия зодчий Б. Симон создал в Юсуповском дворце Зимний сад и уютную Гобеленовую гостиную, украсив ее тремя старинными гобеленами, подаренными когда-то князю Николаю Борисовичу императором Наполеоном Бонапартом.
Зодчий И.А. Монигетти изменил отделку парадной лестницы и ряда помещений дворца – Белой и Музыкальной гостиных, Буфетной первого этажа и целого ряда иных помещений Юсуповского дворца. В те же годы, в соответствии с новой модой тех лет, во дворце появились турецкий кабинет и знаменитая Мавританская гостиная, оформленная весьма богато. В ней, по проекту зодчего А.А. Степанова, установили мраморный фонтан, а стенные панели облицевали белым мрамором, инкрустированным вставками из темно-красной и иссиня-черной полированной мастики с тончайшими золотыми филенками. Верхняя половина стен Мавританской гостиной украшена изумительной арабской вязью по золоченому фону.
Потолок Турецкого кабинета украсила полихромная затейливая лепка, изготовленная по заказу князя Николая Борисовича парижскими мастерами из особой мастики, называвшейся тогда «картонпьером». Действующий фонтан Мавританской гостиной окружали мраморные колонны, отделанные в восточном духе. Вдоль ее стен размещались удобные широкие диваны, обтянутые персидским штофом. Мавританская зала очень нравилась внуку владельца дворца князю Феликсу Юсупову «ее восточной негой и духом». В своих мемуарах, вспоминая детские годы во дворце на Мойке, князь писал: «Частенько ходил я сюда помечтать. Когда отца не было, я устраивал тут живые картины. Созывал всех слуг-мусульман и сам наряжался султаном и воображал, что я сатрап, а вокруг – рабы… Однажды придумал я сцену наказания провинившегося невольника. Невольником назначил Али, нашего лакея-араба. Я велел пасть ниц и просить пощады. Только я замахнулся кинжалом, открылась дверь и вошел отец. Не оценив меня как постановщика, он рассвирепел: „Все вон отсюда!“ – закричал он. И рабы с сатрапом бежали. С тех пор вход в Мавританскую залу был мне воспрещен».