В 1836–1837 годах по рисункам Солнцева в Московском Кремле были возобновлены Грановитая палата, царские терема и дворцовые храмы. В 1838–1849-м для возведенного по проекту Константина Тона Большого Кремлевского дворца Солнцев, назначенный главным художником, спроектировал паркеты и парадные двери орденских залов (Георгиевского, Александровского и Екатерининского), лепнину потолков, люстры, камины, шпалеры, ковры, шторы, сервизы.
С конца 1830-х и вплоть до кончины художник также пишет иконы, разрабатывает эскизы окладов, крестов, иконостасов и росписей многочисленных храмов. Кроме того, он принял участие во всех реставрациях памятников средневековой живописи, начатых по инициативе Николая I в 1840-х годах. Впрочем, реставраторская деятельность Солнцева является наиболее спорной стороной его творчества; хотя судить художника с позиции реставратора XXI века не вполне несправедливо – в середине XIX столетия профессиональная реставрация в России находилась в зачаточном состоянии и делала лишь свои первые, пробные шаги.
В 1852-м художник становится членом Императорского Русского Археологического общества, а в 1859-м – Императорской Археологической комиссии, способствуя становлению российской археологии как самостоятельной науки.
В 1886 году в честь 50-летия присвоения звания академика Федор Солнцев получил чин действительного статского советника, дававший право на потомственное дворянство.