Деревянная Екатерининская церковь, основанная еще Петром I в пригородном селе Калинкинском в 1721 году, а затем перенесенная по распоряжению Екатерины II к Старо-Калинкину мосту, к 1820-м годам пришла в полную ветхость. Прихожане обратились с просьбой разрешить построить новую каменную церковь и выделить соответствующие средства. На записке Комитета министров по этому поводу Николай I 14 июня 1827 года наложил резолюцию: «Составить конкурс и сделать новые проекты, ибо ни который из представленных не удовлетворителен». В соответствии с этим распоряжением был проведен конкурс, на который представили свои проекты два видных архитектора-классициста, профессора Академии художеств А. А. Михайлов и А. И. Мельников. Проект Михайлова, согласно смете, требовал около 1 миллиона 200 рублей, что намного превышало сумму, отпущенную на постройку здания. По требованию императора Михайлов составил другой проект на сумму до 500 тысяч рублей. Свой проект предложил и его конкурент А. И. Мельников: по этому проекту стоимость постройки оказывалась еще меньшей около 225 тысяч рублей. Оба проекта были представлены царю. Прихожанам понравился проект Мельникова, но Николай I наложил на нем очень резкую отрицательную резолюцию: «Проект г. Мельникова столько мало приличен и красив, что обезобразил бы весь квартал: надо велеть сделать другой, простой и красивый, который не превосходил бы сей же суммы» .
В ноябре 1830 года Тон составил эскизный проект церкви и смету, согласно которой стоимость постройки составляла около 278 тысяч рублей. В конце ноября император рассмотрел проект Тона и одобрил его, распорядившись поручить Тону составление детального проекта, но с тем чтобы стоимость не превышала 225 тысяч рублей.
В своем проекте церкви Святой Екатерины Тон использовал крестово-купольную композиционную систему, разработанную еще византийскими зодчими и затем широко распространившуюся в русской архитектуре. Традиционное русское пятиглавие дополнялось соответствующей компоновкой фасадов, в отделке которых использовались мотивы русской архитектуры XVXVII веков килевидные кокошники и закомары, узкие арочные окна, декоративная аркатура на тонких колонках. По сравнению со своим предшественником В. П. Стасовым Тон в этой постройке несомненно сделал шаг вперед и в понимании, и в интерпретации форм древнерусского зодчества. В биографическом очерке, опубликованном в 1883 году в журнале «Зодчий», отмечалось, что в этом проекте Тон, пытаясь отрешиться от влияния Запада, воспользовался формами древних московских пятикупольных соборов, ибо строившиеся в те годы
церковные здания классического стиля он «находил не соответствующими ни климатическим условиям Петербурга, ни преданиям православия, перешедшего к нам непосредственно из Византии, откуда первоначально были переняты формы византийской церковной архитектуры» .
Дальнейшую судьбу проекта Тона иллюстрирует письмо министра императорского двора князя П. М. Волконского, написанное президенту Академии художеств А. Н. Оленину 21 декабря 1830 года:
«Государь Император высочайше повелеть мне изволил план и фасад на построение церкви во имя св. Великомученицы Екатерины, близ Калинкина моста, сделанные архитектором Константином Тоном и удостоенные высочайшего утверждения, препроводить к Вашему превосходительству, с тем чтобы Вы показали архитекторам Академии художеств, с каким отменным вкусом оные сделаны» .
Причина успеха Тона, фактически победившего на многоступенчатом конкурсе двух авторитетных академиков-архитекторов, не только в экономичности его проекта. Николай I потому и нашел в проекте Тона «отменный вкус», что увидел в его «национальных» формах прямое соответствие той идейно-эстетической концепции официальной «народности», которая становилась тогда одним из краеугольных камней правительственной идеологической программы.
Шумный успех Тона, проект которого был официально предписан в качестве образца «отменного вкуса», весьма способствовал быстрому распространению национального направления в русской архитектуре, особенно в строительстве культовых зданий. Много лет спустя петербургский журнал «Зодчий», публикуя составленный Тоном в 1830 году эскизный проект церкви Святой Екатерины, отмечал, что он был «первым началом и исходною точкою возрождения своеобразной церковной архитектуры в России» .
Екатерининская церковь была построена в 18311837 годах. К сожалению, она не сохранилась: в 1929 году церковь разобрали и на ее месте в конце 1930-х годов построили кинотеатр «Москва».
Ободренный успехом, Тон в последующие годы спроектировал много церквей и часовен в «русско-византийском стиле» как для Петербурга, так и для других городов России. В 1834 году он разработал проект новой каменной церкви Введения во храм пресвятыя Богородицы для лейб-гвардии Семеновского полка. Старая деревянная церковь, построенная еще в середине XVIII века близ полкового плаца, мешала строительству вокзала Царскосельской железной дороги, к тому же и вместимость ее была недостаточной. Место для нового полкового храма выбрали по другую сторону Загородного проспекта. Проект Тона был «высочайше утвержден» в январе 1837 года, в том же году началось строительство, оконченное осенью 1842 года .