Na przełomie 1852 i 1853 roku przechowywano w szklarni pierwsze rośliny. W 1853 roku rozpoczęto prace nad częścią środkową, która powstawała według projektu wzorującego się na architekturze willi rzymskich Medici i Doria Pamphili, preferowanego przez Wilhelma IV. W 1858 roku ukończono elewacje budynku. Stüler zajęty pracami nad zamkiem w Schwerinie i budową gmachu Nowego Muzeum w Berlinie, oparł projekt oranżerii w dużej mierze na szkicach Wilhelma IV, pozostawiając dekoracje i projekt wnętrz w gestii Ludwiga Ferdinanda Hessego. W latach 1854–1856 wzniesiono drugą szklarnię po stronie wschodniej.
W październiku 1858 roku schorowany Wilhelm IV przekazał władzę swojemu bratu Wilhelmowi, spędzając zimę we Włoszech, gdzie zakupił wiele dzieł sztuki dla nowej oranżerii. Przez wyjazdem wydał dyspozycje odnośnie do dalszych prac budowlanych na Bornstedter Höhenzug. W momencie śmierci monarchy w 1861 roku wschodni pawilon narożny został oddany w stanie surowym, zaś budowa pawilonu zachodniego jeszcze się nie rozpoczęła. Pałac ukończono w 1864 roku za panowania następcy Fryderyka Wilhelma IV – Wilhelma I. Prace nad fasadą oraz tarasami przeciągnęły się do 1870 roku.