回到佛罗伦萨后，布鲁内列斯基着手将这些新技艺运用在绘画中。他为圣洛伦佐教堂（San Lorenzo）设计了一个优雅的圣器室（神父为弥撒仪式准备的场所）。设计重心既非神灵也非神启，而是人类的理性——他的设计实可谓精工细作，不偏不倚，圣器室的中心地区恰好呈一个完美的立方体，人站立其中会感觉周遭充满理性的力量——内部空间完全以数学中严谨的方圆概念构建而成。
这座圣器室（在新的圣器室建成后，这里就被称为“老圣器室”）的内部装饰是由多纳泰罗完成的——这实际上也是两位艺术家对当年罗马之行的纪念。多纳泰罗为小礼拜堂制作了圆形浮雕像，布鲁内列斯基却对此有所保留：这些浮雕被安放在天花板上，站在下面根本无法看清。这个问题的症结在于，多纳泰罗采用的新浮雕技巧太过细腻精致，在远处无法看清。一个世纪之前的乔凡尼·皮萨诺雕刻的人物凸出于繁杂的表面，多纳泰罗却仅仅通过刻线与透视角度来表现景深——正如布鲁内列斯基在圣器室的墙壁上画出拱门，多纳泰罗则是将石料拿来作画。这种类型的浮雕为多纳泰罗独创，被称为“压扁了的”浮雕（relievo schiattiaco）。他曾为另一处小礼拜堂创作了浮雕《耶稣升天》（Ascension），描绘了耶稣升入天堂的场景，从远处看起来只不过是块空无一物的大理石板，但走近端详，耶稣与门徒的细腻形象逐渐明晰起来，宛如水面荡漾起的轻柔涟漪。人物身上柔软的衣褶看似近乎透明，仿佛微风拂过便会即刻消散。
