Notre historien, dom Molin, blâme avec une certaine ironie les projets trop grandioses que les deux envoyés conçurent pour cette construction. Après avoir constaté combien l’emplacement sur la colline se prêtait à un beau monument, ils rapportèrent à la Grande-Chartreuse les plans de la cathédrale de Milan et de la Chartreuse de Pavie, comme s’il avait pu être question de reproduire à Lyon l’une ou l’autre de ces deux merveilles. Le Général résista, comme de juste, à pareille idée. Malgré tout, le projet persistait d’élever une belle église. En 1590, un nouveau prieur, Jean Thurin, de concert avec Guillaume Schelsom, s’adressait à un architecte et peintre de la ville, Jean Magnan, et à deux entrepreneurs, pour en obtenir un plan et l’exécution des travaux. La convention porte cette clause particulière : « S’il arrive que quelqu’un des ouvriers vienne à blasphémer le saint nom de Dieu ou à tenir quelque propos mal dit, il devra vuider incontinent l’atelier. »
Dans son plan, qui est celui de l’église actuelle, remanié plus tard par Delamonce, l’architecte ajoutait un dôme et une nef à ce que l’on continuera d’appeler « le vieux sanctuaire », le chœur d’aujourd’hui d’après les transformations qu’il a subies plusieurs fois. Les échevins de Lyon approuvèrent l’entreprise et permirent d’extraire d’une carrière voisine les matériaux nécessaires. Quelques jours plus tard, Mgr de Villars, archevêque de Vienne, entouré du marquis de Saint-Sorlin, gouverneur, du vicaire général, qui représentait Pierre d’Épinac, archevêque de Lyon, absent, des échevins et d’un grand nombre de fidèles de la ville, posait la première pierre de l’édifice. À ce moment, la guerre paralysait le commerce ; on put employer un grand nombre d’ouvriers, et les travaux s’avancèrent rapidement. Mais la somme d’argent disponible s’épuisa bientôt : le calviniste converti, dont nous avons parlé plus haut, édifié par la vie parfaite des religieux, quitta le monde, monta à la Grande-Chartreuse, y fit l’offrande de tout ce qui lui restait de fortune en disant au père général : « Vous avez mes biens, prenez ma personne ». Et il reçut l’habit monastique le 21 juin 1591 ; il devait mourir huit ans après, à Currières, où était l’infirmerie du couvent : c’était dom Pierre Robineau. Ce nouveau secours permit de continuer pendant quelque temps la construction.
Nous entrons ensuite dans une série d’interruptions parfois longues, lesquelles répondent à la pénurie des ressources : en 1598, on se remet aux pilastres du dôme et à la maçonnerie des chapelles du côté du couchant. Ce qu’il y avait d’ailleurs de plus urgent pour les religieux, c’était un sanctuaire de capacité suffisante et suffisamment orné pour y faire convenablement le service divin ; ils réservent donc leurs soins et les dons qui leur arrivent, pendant que le reste du plan demeure inachevé, à l’embellissement du chœur actuel. En 1614, ils substituent à l’ancien pavé un dallage plus élégant « de pierres blanches en losange » ; en même temps, ils garnissent les murs d’une boiserie, d’un « lambris », qui nécessite le changement du niveau des fenêtres. Il est question de onze fenêtres, dont six probablement disparaissent derrière la boiserie pour ne laisser subsister que celles de la coquille ; comme on est sans espérance de terminer de sitôt le plan total, on fait élever, « de fond en cime », une muraille qui sépare le chœur d’avec la partie de l’église sous le dôme.
