La solución de Maderno debía ser un compromiso que no alterara el concepto fundamental planteado por Miguel Ángel, la cúpula, como elemento dominante y organizador del espacio; al levantar la monumental fachada la concibió longitudinalmente y no en altura, pese a su gran monumentalidad.
La cúpula de Miguel Ángel, en cualquier caso quedó desplazada hacia el fondo, debido al nuevo cuerpo introducido.
En 1602 asumió los encargos de Giacomo Della Porta, fallecido ese mismo año, y entró al servicio del papa Clemente VIII; para la familia de los Aldobrandini, a la que pertenecía el pontífice, completó la villa Belvedere a Frascati, amplió el palazzo después Doria-Pamphili en la Via del Corso y planeó siempre en Roma la capilla de la familia en Santa Maria sopra Minerva.
Por ello la fábrica antigua fue desmantelada y se decidió cambiar el prestigioso complejo miguelangelesco.
Luego se lanzó un concurso al que se invitó a arquitectos de renombre: Flaminio Ponzio, Giovanni Fontana, Maderno, Girolamo Rainaldi, Niccolò Branconio, Ottavio Turriani, Domenico Fontana, Giovanni Antonio Dosio y Lodovico Maderno.
Estuvo particularmente activo en las obras de San Andrés della Valle, donde trabajó durante los siguientes veinte años, hasta su muerte; aquí completó la nave y construyó el transepto y el coro, ayudado por la colaboración activa del sobrino Francesco Borromini, que trabajaba como tallador de piedra.
La gestión de esta última fábrica fue confiada a Maderno precisamente por su experiencia: aquí el ahora viejo arquitecto ejecutó la fachada este, los dos primeros niveles de la loggia, la disposición y las decoraciones del ala norte y, en general, las líneas generales del proyecto.