L'hôtel Lambert (1642), hôtel Le Vau et hôtel de Lauzun, quai d'Anjou à Paris (dans l'Île Saint-Louis) Photo (version archivée par Internet Archive) )
Le château de Vaux-le-Vicomte (1658-1661). Blomfield remarque que ce château est peut-être un peu excessif, avec les jardins dessinés gauchement car le Vau a mis l’accent sur la grandeur du château plutôt que le style classique. Une des caractéristiques qui distinguent ce château, c’est le très grand salon qui a une vue des jardins. À Vaux-le-Vicomte, le Vau a collaboré avec Charles Le Brun, le peintre et le décorateur, André Le Nôtre, qui a dessiné les jardins et le Maître-maçon Michel Villedo.
Rénovation du château de Vincennes dont il ne reste à l'époque que les huit tours et le donjon, à la demande du cardinal Mazarin (construction de l'aile de la Reine(-Mère) en 1658, puis de l'aile du Roi en 1661).
Une partie du Château de Versailles de 1661 jusqu'à sa mort en 16705 : il a dessiné les extensions du château donnant sur les jardins et donné à la cour du château plus de largeur en y ajoutant deux ailes7. En cela, le château de Versailles devient un standard à cause de sa splendeur magnifique.
Le Collège des Quatre-Nations de 1662 à 1688 (abritant aujourd'hui l'institut de France). Ce château a eu un effet dramatique parce qu’il est un vrai hybride des styles Baroque et Classique. Cet ouvrage a eu une histoire intéressante à cause de ses desseins splendides et à cause de l’imagination profonde de Louis le Vau en créant l’immeuble. La construction a commencé après la mort de Mazarin, qui a laissé beaucoup d’argent pour la construction du Collège des Quatre Nations. Cet immeuble montre l’influence de Bernini sur Louis le Vau aussi, après sa visite à Paris en 1665 (Ballon).
Une partie de l'église Saint-Sulpice à Paris
Amènagement du Palais des Tuileries en 1664. Il est chargé par Louis XIV de mettre un peu d'unité dans l'ensemble des corps de bâtiments disparates le composant. Il supprime l'escalier du pavillon de Philibert Delorme et augmente l'édifice central d'un étage d'ordre composite surmonté d'un attique. Il garde la décoration du rez-de-chaussée et l'ordre corinthien du premier étage. Il remplace le dôme circulaire de Delorme par un autre de forme quadrangulaire. Il ferme l'ensemble par les pavillons de Flore et de Marsan à chaque extrémités.
Agrandissement du Louvre : on lui doit, pour ainsi dire, la moitié des façades de la cour carrée, soit le prolongement de l'aile méridionale de Pierre Lescot (côté Seine), la totalité de la façade orientale à l'exception de la colonnade extérieure dessinée par l'architecte et physicien Claude Perrault et le retour de la façade nord jusqu'au milieu du pavillon central.
Restauration entre 1653 et 1657 des façades du château de Saint-Fargeau pour la cousine de Louis XIV Anne Marie Louise d'Orléans de Montpensier, cousine germaine de Louis XIV, fille de Gaston d'Orléans (frère de Louis XIII)surnommée la Grande Mademoiselle.
