Однако у Брунеллески вся система помещений, окружающих центр композиции – внутренний двор, – приобрела более упорядоченный, регулярный характер. Самым важным новым качеством в пространственной композиции здания явился принцип «открытого плана», который включает в себя такие элементы окружения, как уличный проезд, проходной двор, связанные системой входов и лестниц со всеми основными помещениями. Эти особенности получили отражение и в его внешнем облике. 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 антаблемент пилястр 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 Филиппо 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 Филиппо 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 Филиппо оказался в долговой тюрьме. Заключение не заставило Брунеллески покориться, и вскоре цех вынужден был уступить: Филиппо освободили по настоянию музея Опера дель Дуомо, поскольку без него не могли продолжаться строительные работы. Это был своеобразный реванш, взятый Брунеллески после провала при осаде Лукки.
Филиппо считал, что он окружен врагами, завистниками, предателями, старавшимися его обойти, обмануть, обокрасть.