Мастерски варьировал антично-ренессансные мотивы в проектах, осуществленных по общественным и частным заказам (дом Скакового общества, 1903, и особняк Тарасова на Спиридоновке, 19091912; оба в Москве), продолжил линию русского палладианства в усадебной архитектуре (усадьбы «Липовка», 19071908; в Удомле, 1907; Бережках, 1910; все в Московской области), активно занимался индустриальной архитектурой и комплексным градостроительством (жилые дома завода АМО в Москве, 1915).
После 1917 возглавлял архитектурный подотдел отдела ИЗО (Коллегия по делам изобразительных искусств) Наркомпроса (с 1918) и архитектурную секцию Российской академии художественных наук (РАХН, с 1921). Предложил самобытный план перепланировки Москвы (19181923), с новым центром столицы на юго-западе. Исполнил генеральный план и проекты нескольких деревянных павильонов Всероссийской сельскохозяйственной и кустарно-промышленной выставки (1923). В проектах 19261928 (Госбанк на Неглинной, котельная МОГЭС на Раушской набережной, Дом советов в Махачкале) органично соединил классику с элементами конструктивизма. С 1933 руководил мастерской № 1 Моссовета, а в 19531959 мастерской-школой института «Моспроект». В эти годы разработал и градостроительно внедрил известнейший свой архитектурный образ жилой дом, где декоративные элементы Ренессанса сочетаются с многоэтажной и стандартизованной, сугубо современной для тех лет внутренней структурой; эталонами явились дома на Смоленской площади и Большой Калужской улице (оба закончены в 1949; за проект последнего зодчий получил Сталинскую премию 1950). Среди поздних работ Жолтовского особенно известен московский ипподром (19511955). Почти всю творческую жизнь активно работал также и как педагог (в Высших художественно-технических мастерских, ВХУТЕМАСе и других вузах).
Умер Жолтовский в Москве 16 июля 1959.
См. также АРХИТЕКТУРА.
И.В.Жолтовский. Проекты и постройки. М., 1955
Архитектор И.В.Жолтовский. Каталог-путеводитель по фондам Музея архитектуры. М., 1985