Итальянские картины Брюллова проникнуты чувственной негой (Итальянский полдень, 1827, Русский музей, Петербург; Вирсавия, 1832, Третьяковская галерея); в этот период окончательно формируется и его дар рисовальщика. Он выступает и как мастер светского портрета, превращая свои образы в миры сияющей, «райской» красоты (Всадница (Дж. и А.Паччини), 1832, Третьяковская галерея). Стремясь к большим историческим темам, начинает в 1830 работу над Последним днем Помпеи (побывав на месте раскопок древнеримского города, разрушенного извержением Везувия). Многофигурное трагическое полотно становится в ряд характерных для романтизма (в том числе для творчества Т.Жерико, У.Тёрнера, Дж.Мартина) «картин-катастроф». Помпея Брюллова (завершенная в 1833 и хранящаяся в Русском музее) производит сенсацию как в России (где о ней восторженно пишут А.С.Пушкин, Н.В.Гоголь, А.И.Герцен и др.), так и за рубежом, где ее приветствуют как первый большой международный успех русской живописной школы.

На родину в 1835 художник возвращается уже как живой классик. Посетив по пути Грецию и Турцию, он создает целый ряд поэтических образов Восточного Средиземноморья. Обратившись по предложению Николая I к русской истории, Брюллов пишет Осаду Пскова Стефаном Баторием (1836–1843, Третьяковская галерея), не сумев, однако же, добиться (несмотря на ряд ярких живописных находок в эскизах) эпической цельности своего итальянского шедевра. Важную сферу его творчества отныне составляют монументально-оформительские проекты, где ему удалось органически сочетать таланты декоратора и драматурга (эскизы росписей Пулковской обсерватории, 1839–1845; этюды и наброски ангелов и святых для Исаакиевского собора, 1843–1848).

Полным хозяином своих образов Брюллов выступает в портретах. Даже в заказных вещах (типа Графини Ю.П.Самойловой, удаляющейся с бала с приемной дочерью А.Паччини, ок. 1842, Русский музей) феерическая пышность колорита и мизансцен выглядит в первую очередь как триумф искусства. Еще более непринужденны, психологически-задушевны по краскам и светотени образы людей искусства (поэта Н.В.Кукольника, 1836; скульптора И.П.Витали, ок. 1837; баснописца И.А.Крылова, 1839; писателя и критика А.Н.Струговщикова, 1840; все работы в Третьяковской галерее), в том числе известный меланхолический автопортрет (1848, там же).

Все более слабея от болезни, с 1849 Брюллов живет с 1849 на острове Мадейра, а с 1850 – в Италии. Умер Брюллов в Марчано (близ Рима) 23 июня 1852.