В помещения замка со стороны подъездного парадного двора вели четыре каменные лестницы: слева – Парадная с широкими маршами, следующая – в церковь, третья – в кардегардную и последняя – в жилые покои. В.К. Шуйскому, автору монографии о зодчем Винцченцо Бренна, удалось впервые атрибутировать назначения большинства помещений замка: «В первом этаже разместились наследник престола Александр Павлович с супругой, в юго-западной части – великий князь Николай Павлович, в юго-восточной со стороны Фонтанки – обер-шталмейстер И.И. Кутайсов, и всю северо-западную часть заняли апартаменты императора Павла I. Обер-гофмаршал А.Л. Нарышкин занимал помещение части дворца со стороны плац-парадного двора. Жилые комнаты императора Павла I располагались на втором этаже замка по левую руку от церкви и имели сообщение с внутренними комнатами его супруги. К ним примыкали со стороны двора парадные залы.

С другой стороны церковного зала, ближе к плац-парадной площади, находились апартаменты великого князя Константина Павловича. Они простирались до Воскресенского, или Белого, зала, который открывал анфиладу парадных апартаментов, доходящих до угла Летнего сада и реки Мойки. Только в юго-восточном углу помещалось несколько фрейлинских комнат, примыкавших к небольшому театру. Третий этаж предназначался для великих княжон».

В своем замке-крепости русский император Павел I прожил всего 40 дней. В ночь на 12 марта 1801 года, с ведома его сына, будущего императора Александра I, заговорщики довольно свободно проникли через все заслоны замка в Парадную спальню императора и убили его. По-иному стали оценивать и надпись-оберег на парадном фронтоне замка. В ней оказалось сорок семь букв, равных числу лет убитого императора. Рождались многочисленные легенды о периодическом звучании в помещениях замка голоса самого Петра Великого, жалеющего убиенного правнука. Позже некоторых стал пугать и призрак самого Павла Петровича.

Придворные в страхе покидали замок. Работы в нем приостановили, а все ценное из дворцовых помещений постепенно перевозилось в старые императорские дворцы и дворцовые особняки великих князей. Михайловский замок на долгое время предали забвению.

В 1829 году здание по императорскому указу передали Инженерному военному ведомству, разместившему в нем Николаевское инженерное училище, где воспитывалась целая плеяда известных военных инженеров и ученых, называвших теперь свою «альма-матер» Инженерным замком. Инженерному военному ведомству, разместившемуся в стенах бывшего Михайловского замка, естественно, мешала его анфиладная планировка, и оно начинает ее постоянно изменять. При этом администрация военного учебного заведения руководствовалась лишь своими узкими профессиональными задачами и проблемами. В 1822 году интенсивно изменялась внутренняя планировка здания. В его исторических залах и галереях ставились перегородки, устраивались дополнительные проходы, золоченая лепка при ремонте забеливалась, а местами либо уничтожалась, либо покрывалась толстым слоем штукатурки.

В 1840-х годах в столице оформлялись музейные залы Нового Эрмитажа, для чего широко использовался натуральный мрамор многих интерьеров Михайловского замка. В последующие годы разграбление и переделка исторических интерьеров здания продолжались.

В 1871 году столичный зодчий К.А. Ухтомский обустраивает в бывшей Парадной спальне Михайловского замка Малую церковь Инженерного училища. Помещение Большой Замковой церкви тогда разделили перекрытиями на три отдельные комнаты. В знаменитую галерею Лаокоона в 1891–1895 годах встроили лестницу.