Фасад здания, расчлененный на два неравных по высоте этажа, в отличие от средневековых сооружений такого типа, выделяется исключительной простотой форм и ясностью пропорционального строя.
Разработанные в Воспитательном доме тектонические принципы, выражающие своеобразие ордерного мышления Брунеллески, получили дальнейшее развитие в старой сакристии (ризнице) церкви Сан-Лоренцо во Флоренции (1421-1428). Интерьер старой сакристии - первый в архитектуре Возрождения пример центрической пространственной композиции, возрождающей систему купола, который перекрывает квадратное в плане помещение. Внутреннее пространство сакристии отличается большой простотой и четкостью: кубическое по пропорциям помещение перекрыто ребристым куполом на парусах и на четырех подпружных арках, опирающихся на антаблементпилястр полного коринфского ордера. Более темные по цвету пилястры,архивольты, арки, гурты и ребра купола, а также связующие и обрамляющие элементы (круглые медальоны, наличники окон, ниши) вырисовываются своими четкими очертаниями на светлом фоне оштукатуренных стен. Такое сочетание ордера, арок и сводов с поверхностями несущих стен создает ощущение легкости и прозрачности архитектурных форм.
Одновременно с перестройкой церкви Сан-Лоренцо Брунеллески работал на менее ответственных строительных площадках - в капелле Барбадори в церкви Санта-Феличита по другую сторону Арно и в Палаццо Барбадори.
В 1429 году представители флорентийского магистрата направили Брунеллески под Лукку для руководства работами, связанными с осадой города. После осмотра местности Брунеллески предложил проект. Замысел Брунеллески состоял в том, чтобы, возведя систему плотин на реке Серкио и подняв таким способом уровень воды, открыть в нужный момент шлюзы, чтобы вода, хлынув по специальным каналам, затопила всю местность вокруг городских стен, принудив Лукку к сдаче. Проект Брунеллески был реализован, однако потерпел фиаско, вода, хлынув, затопила не осажденный город, а лагерь осаждающих, который пришлось спешно эвакуировать.
Возможно, Брунеллески и не был виноват - Совет Десяти не предъявлял к нему никаких претензий. Однако флорентийцы считали Филиппе виновником провала луккской кампании, они не давали ему прохода на улицах. Брунеллески был в отчаянии. В сентябре 1431 года он составил завещание, по-видимому, опасаясь за свою жизнь. Существует предположение, что в это время он уехал в Рим, спасаясь от позора и преследований.
Однако все это не помешало Филиппе три года спустя снова "вступить в бой, не боясь риска". В 1434 году он демонстративно отказался платить взнос в цех каменщиков и деревообработчиков. Это был вызов, брошенный художником, осознавшим себя независимой творческой личностью, цеховому принципу организации труда. В результате конфликта Филиппе оказался в долговой тюрьме. Заключение не заставило Брунеллески покориться, и вскоре цех вынужден был уступить: Филиппе освободили по настоянию Опера дель Дуомо, поскольку без него не могли продолжаться строительные работы. Это был своеобразный реванш, взятый Брунеллески после провала при осаде Лукки.
