وقد اجتذبت عملية البناء مئات من أفضل المهندسين المعماريين والحرفيين والعمال في ذلك العصر إلى سمرقند، واستغرقت عملية البناء خمس سنوات (1399-1404). وعند عودة تيمور من الغزو، استقبله مسجد محاط بأروقة فخمة تدعمها أكثر من ثلاثمائة عمود رخامي، مع مآذن ترتفع في زواياه.
ولكن مجد المسجد لم يدم طويلاً. فبعد وقت قصير من اكتماله، بدأ البناء يستسلم لعظمته. فقد أثبتت جرأة رؤية تيمور أنها طموحة للغاية بالنسبة للتقنيات المعمارية في ذلك الوقت. فقد انهار قوس البوابة الرائع، الذي كان من المفترض أن يحاكي مجرة درب التبانة، بشكل مأساوي بعد وقت قصير من اكتمال المسجد، وهو تذكير مؤثر بروعة المسجد الزائلة وزوال حتى أعظم المساعي البشرية.