Ухтомский рано проявил себя одаренным архитектором и умелым художником-декоратором. В связи с коронацией Елизаветы Петровны он в 1742 году выполнил в нескольких вариантах проект Триумфальных ворот на Тверской улице, а также декоративное оформление коронационных празднеств - на Ивановской площади в Кремле с "бассейнами и каскадами для фонтанов" и торжественной иллюминацией.
Тогда же, в 1742 году, по аттестатам находившихся в Москве известных архитекторов Коробова, Земцова и Шумахера Бланка Ухтомскому был пожалован ранг гезеля архитектуры, и он был зачислен в команду переехавшего из Петербурга в Москву Ивана Коробова. После ухода Коробова с работы и смерти Бланка, служившего в полицмейстерской канцелярии, Ухтомский, как наиболее знающий и достойный московский зодчий, в 1745 году был произведен в архитекторы.
Приступив к постепенному упорядочению хаотически разросшегося к началу XVIII века города, Ухтомский сосредоточил свое основное внимание на жилой застройке - городских усадьбах, которые тогда преобладали в Москве.
Композицию жилых усадеб Москвы Ухтомский использовал в подмосковной усадьбе Трубецких (1750-1753), расположенной на высоком берегу Москвы-реки близ Нескучного сада. Это был небольшой, искусно разработанный усадебный ансамбль, включающий жилые строения, регулярный парк с различными садовыми устройствами и природный ландшафт - лес, пруд, реку, широкие просторы с виднеющейся вдали Москвой.
Крупным произведением Ухтомского был каменный Кузнецкий мост через реку Неглинную (1751-1757), сооруженный вместо деревянного, который затоплялся во время паводков. Уже во время строительства каменного моста зодчий расширил свой первоначальный замысел. Он разработал проект торговых лавок, которые должны были дополнить собой строение моста, составить вместе с ним представительный ансамбль. Предусматривалась также перепланировка близлежащих улиц.
В связи с приездом Елизаветы Петровны в Москву Ухтомский выполнил проект и построил близ Лефортовского дворца здание Сената в Немецкой слободе (1753-1757).
Новатор, убежденный поборник современной ему архитектуры, Ухтомский смело проектировал рядом с древними памятниками Москвы сооружения, выполненные в формах русского зодчества нового времени. Показателен в этом отношении его проект перестройки части здания старых приказов для временного размещения Сенатской конторы, строения которой были снесены в связи со строительством нового дворца. Также не были связаны формально с архитектурой древних кремлевских памятников галерея для хранения имущества Оружейной палаты (проект 1755 года, закончена в 1764 году П. Никитиным) и проект переустройства Ивановской площади (1754). Вся композиция и обрамление площади были выдержаны в проекте в духе барочного декора.
Ухтомский строил и культовые сооружения: церковь на Лазаревском кладбище (1748-1750), колокольню церкви Параскевы Пятницы (1740-е годы) и др. Лучшее среди них - прославленная колокольня Успенского собора в Троице-Сергиевой лавре (1741-1770).
При посещении лавры Елизаветой Петровной в 1753 году, Ухтомский поднес ей для утверждения проект перестройки колокольни, возводимой первоначально по чертежам И. Шумахера. Императрица одобрила замысел зодчего, который представил колокольню в виде высотного триумфального строения, отвечавшего идеям и вкусам времени.
Ухтомскому удалось без существенных изменений уже построенной части превратить заурядное, маловыразительное сооружение в высок18-гоXVIII столетия как один из совершенных ее памятников.
В 1753 году архитектору было поручено построить каменные Красные ворота вместо сгоревших незадолго до того деревянных ворот, возведенных Земцовым к коронации Елизаветы Петровны. Они стояли на пересечении бывшей Мясницкой и Садовой улиц. В своем проекте Ухтомский сохранил основные членения и состав декора предшествующих деревянных строений, живописность их облика. Но формы новых ворот при переложении их в камень приобрели монументальность и иной архитектурный смысл.
Произведением, которое ярко выразило тесную связь Ухтомского с современностью и вместе с тем его устремления к будущему, был проект Госпитального дома и Дома Инвалидов - одна из последних крупных работ зодчего.
Идея создания казенного учреждения для раненых и инвалидов, для сирот погибших воинов возникла в годы Семилетней войны с Пруссией. Первоначально предполагалось строить Дом Инвалидов в Казани, но затем было решено создать его в Москве. Он мыслился в духе прославленного Дома Инвалидов в Париже.
В проекте Дома Инвалидов, выполненного Ухтомским (1758-1759), от парижского прообраза сохранился лишь общий замысел композиции и соотношения ее основных частей. В центре возвышался величественный собор, а по сторонам размещались лечебные и жилые корпуса, скомпонованные в крупные симметричные блоки. В остальном архитектурные формы, художественный образ и идеи, вложенные в проект зодчим, были независимы от исходного образца.
Для возведения комплекса сооружений было намечено место на берегу Москвы-реки, в районе Симонова и Даниловского монастырей. В проекте ансамбля Дома Инвалидов, в котором слились все, казалось бы, противоречивые тенденции творчества Ухтомского, приобрели подлинное единство "регулярность" и "великолепие" - характерные свойства русской архитектуры середины 18-го столетия. В исторической перспективе проект Госпитального дома и Дома Инвалидов можно рассматривать как недостающее звено в общей цепи сооружений и ансамблей общественного назначения XVIII - начала XIX века. Этот проект Ухтомского явился предшественником общественных ансамблей будущего, осуществленных учениками зодчего - прежде всего Казаковым, а затем мастерами Петербурга и Москвы. Ухтомский скончался в 1774 году.