В апреле – мае 1790 г. по приглашению князя Потемкина в Николаеве работал архитектор Иван Старов. Он разработал генеральный план города, проекты государственных и личных домов, проект Спасского дворца Потемкина (построен в 1791 г.).

В 1791 г. в Николаеве было лишь 26 дворов и 147 жителей. Но уже по состоянию на 1792 год в городе имелось 1566 жителей, 185 магазинов, лавок и погребов, были открыты торговые ряды. В 1792 г. губернатор Екатеринослава Каховский так отзывался о Николаеве в письме секретарю Екатерины II тайному советнику Василию Попову: «Строений кончено и начато много. Вода в колодцах хороша, а в фонтанах отменно хороша. Деревья посажено много. По хуторам разводятся огороды для поваренных растений и распахиваются земли под посев хлеба. Михайло Леонтьевич показывал нам всё сие, будучи сам в восхищении. Признаюсь в. П-ву, что я пришел изумление увидя толь много строений на том месте, где два года тому назад видел я два только шалаша из камыша сделанных».

В 1792–1795 гг. в Николаеве был построен первый мост – Ингульный (Ингульский). Он был наплавным и проложен на понтонах.

В 1796 г. из Херсона в Николаев переводится Черноморское адмиралтейское управление. В 1798 г. в городе было учреждено училище корабельной архитектуры.

В 1798 г., во время поездки по Северному Причерноморью, Николаев посетил австрийский путешественник Бальтазар Гакет. Он оставил такие воспоминания о городе: «Пошел прямой дорогой в Николаев, красивейший город сред степей всей Таврии: в нем множество больших улиц, с отдельно стоящими домами, с колоннами, красивыми площадями и большим зданием Адмиралтейства вместе с корабельной верфью».

C 1816 по 1833 г. военным губернатором Николаева был Алексей Грейг. Он много сделал для украшения города: основал бульвар, озеленил улицы и пустыри, построил много зданий, развел сады.

В ноябре 1820 г. Грейг велел начать работы по строительству городского водопровода. Водопровод, получивший название Спасский, сооружался под руководством полковника округа путей сообщения Рокура. Строительство было окончено в 1825 г., но из-за некачественных труб вода подавалась только в дом Главного командира. До конца XIX века вода поставлялась из Спасского источника, откуда ее развозили для продажи по городу в бочках.

В 1821 г. по предложению городского головы купца Кустова в районе Поповой балки (на юго-востоке Николаевского полуострова) была построена Купеческая пристань. К ней проложили спуск, по которому на телегах везли грузы. Возле той же Поповой балки приглашенный Грейгом итальянец Самаси открыл кирпичную, черепичную и фаянсовую фабрики, а Алиауди (Аляуди) устроил механическую мельницу, при которой выделывались сукна и фланель. Там же был сооружен пильный завод Бакстера и Лаутона, пивоваренный завод и лесные склады.

Во время Крымской войны Николаев стал главной тыловой базой Черноморского флота. Николаевское адмиралтейство обеспечивало флот и армию необходимым вооружением. Кроме того, в Николаеве было сформировано и отправлено в Крым четыре экипажа из мастеровых (до 4000 человек), которые принимали участие в обороне Севастополя. Казармы, школы, частные дома оборудовались под госпитали для раненых, эвакуировавшихся из Севастополя.

В 1855 г., когда возникла угроза захвата Николаева и в городе было объявлено осадное положение, вместо переправы через Бугский лиман на том же месте был сооружён наплавной мост из бревен, примыкавший к каменной дамбе. Мост длиной около 900 м получил название Бугский или Спасский, но в XIX веке был переименован в Варваровский – по селу Варваровка на правом берегу лимана, куда он вел. Мост просуществовал до Второй мировой войны, после которой был восстановлен в прежнем виде.