В то время как существование более ранних куполов указывает на то, что необходимый инженерный опыт у строителей имелся, размеры церкви все же являлись исключительными. Чтобы возвести крышу, нужны были прочные конструкции на каждом углу квадратного фундамента, откуда вверх изгибались паруса в форме половины ромба, чтобы держать круглое основание купола. С востока и запада полусводы на более низком уровне защищают апсиду и закрывают двойной притвор, через который люди входят в церковь, минуя семь дверей. Центральные и самые большие двери предназначались для патриарха и императора, которые приветствовали друг друга перед тем, как войти в главное помещение церкви. Внутри разноцветный мраморный пол доходил до боковых стен, и множество цветных колонн поддерживали декоративную резную панель, проходившую вокруг здания. Капители сохранили буквы императорских имен – Юстиниана и Феодоры, а потолки в галереях были покрыты золотыми тессерами. Говорят, что, впервые увидев готовое здание, император воскликнул: «Соломон, я превзошел тебя!» Несомненно, он желал быть причисленным к той же категории людей, что и величайшие известные строители. Результатом трудов Анфимия и Исидора стала по праву завоевавшая известность архитектурная инновация, не знавшая себе равных в течение всего следующего тысячелетия.
На площади Августеум, украшенной классическими статуями императоров, Юстиниан поставил собственную колонну, на которую водрузил конную статую. На ней был изображен сам император в персидской военной форме – ссылка на римские победы над Персией, достигнутые Велисарием. Юстиниан восстановил здание сената с великолепными мраморными колоннами, поддерживающими портик, украшенный цветным мрамором. На его крыше много статуй. Также Юстиниан стал инициатором постройки двух новых хосписов и очень большой цистерны, которую сегодня называют Йеребатан Сарай – немного западнее Св. Софии. Иными словами, Юстиниан оставил вполне отчетливый след в самом центре города Константина.
Спустя 21 год в ходе сильного землетрясения в куполе появились трещины. Когда их устранили, рухнула восточная часть полусвода над алтарем. Посовещавшись с другими экспертами-строителями, Исидор-младший, сын инженера, создававшего собор, решил обеспечить безопасность купола, подняв его на семь метров, сделав его у́же и круче. Он снова был украшен таким же золотым мозаичным исполнением монументального Креста, а самой перестройке