Con la ayuda de Donatello y Nanni di Banco, Brunelleschi construyó un modelo de madera y ladrillo. Su modelo sirvió como guía para los artistas, pero intencionadamente lo presentó incompleto con la finalidad de asegurar su control sobre la construcción.
Brunelleschi ganó por poco.
Brunelleschi conocía la cúpula del Panteón de Roma, aunque no se inspiró directamente en ella. El Panteón es una semiesfera apoyada en gruesos muros de carga, pero Brunelleschi se enfrentaba con una base octogonal, lo que complicaba el equilibrio de fuerzas, y quería levantar una cúpula que fuera un referente para la ciudad. No podía, pues, usar muros de carga ya que éstos no permiten cúpulas que sobresalgan más de una tercera parte de su diámetro por encima de los muros.
El genio renacentista no solo se esmeró en elevar un monumento robusto y espectacular (Pesa entre 25.000 y 27.000 toneladas. Se trata de la mayor estructura de ladrillo del mundo) sino también en esconder el truco gracias al cual se sostiene la estructura.
La cúpula de santa maría ha guardado durante casi 6 siglos un secreto bajo una piel de ladrillos rojos y costillas de mármol:
Los obreros dispusieron los ladrillos ( romanos, de muy buena calidad, y fabricados bajo la estricta supervisión de Brunelleschi. Todos tienen un grosor de 5,1 cm y un largo entre 15,2 y 30 cm.) vistos de una forma distinta a los de la bóveda interna,(formada por 24 nervios de ladrillos colocados en diagonal "como la espina de un pescado" sin utilizar material metálico alguno, sino solo gracias a un sistema de cuerdas que permitía calcular la posición y el ángulo exactos en los que poner cada ladrillo. Los ocho que recorren los vértices de la cúpula, son los nervios principales, ya que recogen el peso de la estructura. Dos nervios más por cara ayudan a repartir el peso de la cúpula. Este total de 24 nervios parten de un anillo de piedra y ladrillo en la base de la cúpula, el cual recoge sus esfuerzos y los transmite al tambor. Paralelamente al anillo de la base, hay once anillos formados por arcos de ladrillo entre nervio y nervio, que distribuyen las fuerzas secundarias de manera uniforme y transmiten el peso de las estructuras a los nervios) la que de verdad aguanta el peso de la construcción.Después, una vez acabada la estructura, Brunelleschi ordenó marcar el costado de los ladrillos que quedaban en superficie con un surco, para dejar creer que fuesen dispuestos en longitud en lugar que de lado.
Brunelleschi hizo esto para confundir a los posibles imitadores. Y lo consiguió, puesto que es un sistema único y nunca más repetido en la historia.
