Το 1418 η όπερα ντελ Ντουόμο ανακοίνωσε έναν δημόσιο διαγωνισμό για την κατασκευή του θόλου με ένα όμορφο βραβείο 200 χρυσών φιορινιών—και έναν πυροβολισμό στην αιώνια φήμη—για τον νικητή. Κορυφαίοι αρχιτέκτονες της εποχής συρρέουν στη Φλωρεντία για να παρουσιάσουν τις ιδέες τους. Μετά από πολλές αβεβαιότητες, η όπερα del Duomo συμφώνησε να κάνει τον Filippo Brunelleschi τον επιθεωρητή του έργου cupola και διόρισε τον Lorenzo Ghiberti, συνάδελφο χρυσοχόο του Brunelleschi, ως συν-επιθεωρητή. Οι δύο άνδρες ήταν αντίπαλοι από το 1401, όταν είχαν αγωνιστεί για μια άλλη επιφανή Επιτροπή, τις νέες χάλκινες πόρτες για το Βαπτιστήριο της Φλωρεντίας. Ο Γκιμπέρτι είχε κερδίσει. Τώρα ο Brunelleschi, του οποίου ο σχεδιασμός για τον τρούλο είχε γίνει αποδεκτός εντελώς, αναγκάστηκε να εργαστεί δίπλα-δίπλα με τον εκπληκτικά επιτυχημένο αντίπαλό του. Η κατασκευή του θόλου ξεκίνησε στις 7 Αυγούστου 1420. Ο συνηθισμένος τρόπος για να χτίσετε ένα τόξο ή θόλο ήταν να το στηρίξετε με σκαλωσιές που ονομάζονται "κεντράρισμα."Ωστόσο, ο ανοιχτός χώρος στον καθεδρικό ναό είχε πλάτος 42 μέτρα και οι Φλωρεντινοί ήθελαν έναν ψηλό, ψηλό θόλο. Όλη η ξυλεία στην Τοσκάνη δεν θα αρκούσε για να κάνει το κέντρο. Ο Brunelleschi κατέληξε να χτίζει τον θόλο χωρίς σκαλωσιές με τέτοιο τρόπο ώστε να υποστηρίζεται καθώς προχωρούσε το έργο. Οι λύσεις του Brunelleschi για τον θόλο ήταν έξυπνες, καινοτόμες και ακριβές. Το πρώτο πρόβλημα που πρέπει να επιλυθεί ήταν καθαρά τεχνικό: κανένας γνωστός μηχανισμός ανύψωσης εκείνη την εποχή δεν ήταν ικανός να ανυψώσει και να ελιχτεί τα τεράστια βαριά υλικά με τα οποία έπρεπε να εργαστεί, συμπεριλαμβανομένων δοκών ψαμμίτη, μέχρι στιγμής από το έδαφος. Εδώ ο Brunelleschi ξεπέρασε τον εαυτό του. Εφηύρε ένα ανυψωτικό τριών ταχυτήτων με ένα περίπλοκο σύστημα γραναζιών, τροχαλιών, βιδών και κινητήριων αξόνων που τροφοδοτούνται από ένα μόνο ζυγό βοδιών που στρέφουν ένα ξύλινο πηδάλιο και το castello, έναν γερανό ύψους 65 ποδιών με μια σειρά αντίβαρα και βίδες χειρός για να μετακινούν τα φορτία πλευρικά μόλις είχαν ανυψωθεί στο σωστό ύψος. Το οκταγωνικό σχήμα του θόλου είναι σίγουρα εμπνευσμένο από αυτό του Βαπτιστηρίου. Η όλη δομή του θόλου έχει σχεδιαστεί για να είναι ελαφριά και λεπτή τόσο σε μορφή όσο και σε ουσία. Στην πραγματικότητα, από ένα οκταγωνικό τύμπανο του θόλου στέκονται οκτώ τμήματα, τα πανιά, διατεταγμένα σε δύο κελύφη που χωρίζονται από ένα διάστημα. Ο Brunelleschi έπλεξε τακτικά μαθήματα πλινθοδομής ψαροκόκαλου, ελάχιστα γνωστά πριν από την εποχή του, στην υφή του τρούλου, δίνοντας σε ολόκληρη τη δομή πρόσθετη σταθερότητα. Κατά τη διάρκεια των ετών κατασκευής, ο Brunelleschi πέρασε όλο και περισσότερο χρόνο στο χώρο εργασίας. Επέβλεψε την παραγωγή τούβλων διαφόρων διαστάσεων και φρόντισε για την προμήθεια εκλεκτής πέτρας και μαρμάρου από τα λατομεία. Ηγήθηκε ενός στρατού μαστόρων και λιθοκόμων, ξυλουργών, σιδηρουργών, χτυπητών μολύβδου, βαρελιών, μεταφορέων νερού και άλλων τεχνιτών. Επικεφαλής μεταξύ των στοιχείων που συνθέτουν τον θόλο είναι η χρήση της χρυσής αναλογίας, η οποία ήταν στη μόδα εκείνη την εποχή. Μελετώντας αυτό το αριστούργημα, παρατηρείτε ότι οι κατασκευαστές του έχουν κάνει χρήση ισορροπίας και αρμονίας μεταξύ καθενός από τα μέρη του. Κάθε αρχιτεκτονικό στοιχείο συμβάλλει στη σταθερότητα του θόλου ως έχει χωρίς δομές στήριξης. Ένα άλλο από αυτά τα κρίσιμα στοιχεία είναι το φανάρι, στην κορυφή του οποίου στηρίζεται η χάλκινη σφαίρα που χτίστηκε από τον Verrocchio το 1472. Για να τοποθετήσουν την μπάλα χρησιμοποίησαν μηχανές που εφευρέθηκαν από τον Brunelleschi. Ο νεαρός Λεονάρντο ντα Βίντσι βρισκόταν ανάμεσα στους μαθητευόμενους που βοήθησαν σε αυτή τη δύσκολη επιχείρηση. Ο θόλος είναι ένα αριστούργημα ομορφιάς και μηχανικής, μια πρωτοποριακή κατασκευή για την εποχή του, και με πολλούς τρόπους παραμένει απαράμιλλη. Ως δάσκαλος των ψευδαισθήσεων, ο Brunelleschi ήταν γνωστός στη Φλωρεντία ότι έκανε τους ανθρώπους να πιστεύουν σε πράγματα που δεν υπήρχαν. Η κατασκευή του θόλου του πυροδότησε χρόνια συζήτησης για το ποιο ήταν το "μαγικό τέχνασμα" που παρείχε το αποτέλεσμα που βρισκόταν μπροστά σε όλους, δηλαδή πώς ο οκταγωνικός θόλος ήταν σε θέση να σταθεί! Ακόμα και σήμερα, παρόλο που έχουν διεξαχθεί εκτεταμένες μελέτες και έχουν γίνει πολλές νέες ανακαλύψεις, εξακολουθεί να υπάρχει συζήτηση για το ποια ήταν η έξυπνη λύση που βρήκε ο αρχιτέκτονας Filippo Brunelleschi.