Rudnay Sándor grandiózus terve volt, hogy a "Magyar Sion"t teremti meg a városban, és ismét az ország egyházi központjává teszi Esztergomot. A Várhegyet betakaró épületegyüttest terveztetett, amelynek makettje ma is megtekinthető a bazilika kincstárában. Pénz hiányában végül a komplexumnak csak egyes részei készültek el: maga a székesegyház, az Ószeminárium épülete, a Sötétkapu és az érseki palota. Az építkezést a bécsi udvar nem nézte jó szemmel. Ellenezték, és megpróbálták meghiúsítani, hogy Esztergomban épüljön fel a Habsburg Birodalom legnagyobb temploma, olyan, amilyen még Bécsben sincs. 1831-re elkészült a hatalmas, óegyiptomi stílusú altemplom, és felhúzták az oldalfalak nagy részét is. Ebben az évben Kazinczy így ír az altemplomról: "„Egyiptusi lélek szállja meg a nézőt, midőn itt a temérdek izmú oszlopokat látja…”" Hét évvel később Packh Jánost, az építés vezetőjét meggyilkolták. A hercegprímás ekkor Hild Józsefre bízta az építkezés vezetését, aki módosította a terveket, például a keleti homlokzatot, így neki köszönhető a bazilika végső formája. 1846-ban került fel a kereszt a kupola tetejére. Az 1848-as szabadságharcot követően Scitovszky János, az újonnan kinevezett érsek türelmetlenül sürgette a főtemplom elkészültét. Az eredeti Szent Adalbert-templom részéből fennmaradt reneszánsz stílusú Bakócz-kápolnát 1600 darabra szedték szét, és így építették be a bazilika testébe. A bal oldali harangtoronyban található a közel hat tonnás Nagyboldogasszony-harang.