בשנת 1418 הודיעה האופרה דל דואומו על תחרות ציבורית לבניית הכיפה עם פרס נאה של 200 פלורינים מזהב—וזריקה לתהילה נצחית—לזוכה. אדריכלים מובילים באותה תקופה נהרו לפירנצה כדי להציג את רעיונותיהם. לאחר אי וודאות רבה האופרה דל דואומו הסכים להפוך את פיליפו ברונלסקי למפקח על פרויקט הכיפה ומינה לורנצו גיברטי, עמיתו הצורף של ברונלסקי, כמפקח משותף. שני הגברים היו יריבים מאז 1401, אז התמודדו על ועדה מפוארת נוספת, דלתות הארד החדשות לטבילה בפלורנטין. גיברטי ניצח. כעת נאלץ ברונלסקי, שעיצובו לכיפה התקבל על הסף, לעבוד זה לצד זה עם יריבו המצליח באומץ. בניית הכיפה החלה ב-7 באוגוסט 1420. הדרך הרגילה לבנות קשת או כיפה הייתה לתמוך בה בפיגומים הנקראים "מרכוז."עם זאת, השטח הפתוח בקתדרלה היה ברוחב 42 מטר, והפלורנטינים רצו כיפה גבוהה ומרוחקת. כל העץ בטוסקנה לא היה מספיק כדי להפוך את המרכוז. בסופו של דבר ברונלסקי בנה את הכיפה ללא פיגומים באופן שתמך בעצמה עם התקדמות העבודה. הפתרונות של ברונלסקי לכיפה היו גאוניים, חדשניים ויקרים. הבעיה הראשונה שנפתרה הייתה טכנית בלבד: שום מנגנוני הרמה ידועים באותה תקופה לא היו מסוגלים להעלות ולתמרן את החומרים הכבדים ביותר שהיה עליו לעבוד איתם, כולל קורות אבן חול, עד כה מהקרקע. כאן ברונלסקי התעלה על עצמו. הוא המציא מנוף בעל שלוש הילוכים עם מערכת מורכבת של הילוכים, גלגלות, ברגים ופירי הנעה המונעים על ידי עול שוורים יחיד שהופך מוט עץ והקסטלו, מנוף בגובה 65 מטר עם סדרה של משקולות נגד וברגי יד כדי להזיז עומסים לרוחב ברגע שהם הועלו לגובה הנכון. הצורה המתומנת של הכיפה היא בהחלט בהשראת זו של הטבילה. כל המבנה של הכיפה נועד להיות קל ורזה הן בצורה והן בחומר. למעשה, מתוך תוף מתומן של הכיפה לעמוד שמונה קטעים, המפרשים, מסודרים על שני פגזים מופרדים על ידי חלל. ברונלסקי טווה נדבכים קבועים של לבני אדרה, מעט ידועים לפני זמנו, במרקם הכיפה, והעניק למבנה כולו מוצקות נוספת. לאורך שנות הבנייה ברונלסקי בילה יותר ויותר זמן באתר העבודה. הוא פיקח על ייצור לבנים בממדים שונים והשתתף באספקת אבן בחירה ושיש מהמחצבות. הוא הוביל צבא של בונים וחוטבי אבן, נגרים, נפחים, מכות עופרת, יצרני חביות, נושאות מים ובעלי מלאכה אחרים. הראשי בין האלמנטים המרכיבים את הכיפה הוא השימוש שלה בפרופורציה הזהב, שהיה באופנה באותה תקופה. בהרהור יצירת מופת זו, אתה שם לב כי בוני שלה עשו שימוש איזון והרמוניה בין כל אחד החלקים שלה. כל אלמנט אדריכלי תורם ליציבות הכיפה כפי שהיא עומדת ללא מבנים תומכים. אחד המרכיבים המכריעים הללו הוא הפנס, שמעליו מונח כדור הברונזה שבנה ורוקיו בשנת 1472. כדי למקם את הכדור הם השתמשו במכונות שהומצאו על ידי ברונלסקי. לאונרדו דה וינצ ' י הצעיר הבין בין החניכים שעזרו במבצע קשה זה. הכיפה היא יצירת מופת של יופי והנדסה, בנייה חלוצית לתקופתה, ובמובנים רבים נותרה ללא תחרות. כמאסטר לאשליות, ברונלסקי היה ידוע בפירנצה שגרם לאנשים להאמין בדברים שלא היו קיימים. בניית הכיפה שלה עוררה שנים של ויכוח על מה היה "טריק הקסם" שסיפק את התוצאה שהייתה לפני כולם, כלומר כיצד הכיפה המתומנת הצליחה לעמוד! גם כיום, למרות שבוצעו מחקרים מקיפים והתגלו תגליות חדשות רבות, עדיין קיים ויכוח על מה היה הפיתרון הגאוני שמצא האדריכל פיליפו ברונלסקי.