Около 1450 г. по его проекту была выполнена деревянная модель, и в дальнейшем он очень внимательно следил из Рима за ходом строительства, которое вел местный мастер – миниатюрист и медальер Маттео де,Пасти. Судя по медали Маттео де,Пасти, датированной юбилейным 1450 г., на которой был изображен новый храм, проект Альберти предполагал радикальную перестройку церкви. В первую очередь намечалось с трех сторон сделать новые фасады, а затем возвести новый свод и хор, перекрытый большим куполом. Альберти получил в свое распоряжение весьма ординарную провинциальную церковь –  приземистую, со стрельчатыми окнами и широкими стрельчатыми арками капелл, с простой стропильной кровлей над главным нефом. Он задумал превратить ее в величественный мемориальный храм, способный соперничать с древними святилищами. Монументальный фасад в форме двухъярусной триумфальной арки имел очень мало общего с привычным обликом итальянских церквей. Просторная купольная ротонда, открывавшаяся посетителю в глубине сводчатого зала, пробуждала воспоминания о постройках древнего Рима. К сожалению, замысел Альберти был осуществлен только отчасти. Строительство затянулось. Главный фасад храма так и остался незавершенным, а то, что в нем было сделано, не совсем точно соответствовало первоначальному проекту. Одновременно со строительством «Храма Малатесты» в Римини по проектам Альберти возводилась церковь в Мантуе. Маркиз Мантуанский, Лодовико Гонзага, покровительствовал гуманистам и художникам. Когда в 1459 г. Альберти появился в Мантуе в свите папы Пия II, он встретил у Гонзага очень теплый прием и сохранил дружеские отношения с ним до конца своей жизни. Тогда же Гонзага поручил Альберти составить проект церкви Сан-Себастьяно. Оставшись в Мантуе после отъезда папы, Альберти в 1460 г. закончил модель новой церкви, строительство которой было поручено флорентийскому архитектору Луке Фанчелли, находившемуся при мантуанском дворе. По меньшей мере, еще дважды, в 1463 и 1470 гг., Альберти приезжал в Мантую, чтобы следить за ходом работ, вел переписку по этому поводу с маркизом и Фанчелли. Новая церковь Альберти была центрической постройкой. Крестообразная в плане, она должна была перекрываться большим куполом. Три короткие выступающие трибуны заканчивались полукруглыми апсидами. А со стороны четвертой к церкви примыкал широкий двухэтажный нартекс-вестибюль, образуя фасад, обращенный на улицу. Там, где нартекс своей задней стеной соединялся с более узкой входной трибуной, по обе стороны от нее, заполняя свободное пространство, должны были возвышаться две башни-колокольни. Здание высоко поднято над уровнем земли. Оно возведено на цокольном этаже, который представлял собой обширную крипту под всем храмом с отдельным входом в нее. Фасад Сан-Себастьяно был задуман Альберти как точное подобие главного портика древнеримского храма-периптера. К пяти входам в вестибюль вела высокая лестница, ступени которой простирались на всю ширину фасада, полностью скрывая проходы в крипту. Его идея украшения стены пилястрами большого ордера примиряет доктрину классической архитектуры, за которую он так ратовал в своем трактате, с практическими потребностями зодчества его времени. Такого конструктивного и декоративного решения внутреннего пространства церкви еще не знала архитектура итальянского Возрождения. В этом отношении истинным наследником и продолжателем Альберти стал Браманте. Более того, постройка Альберти явилась образцом для всего последующего церковного зодчества позднего Возрождения и барокко. По ее типу были построены венецианские церкви Палладио, «Иль Джезу» Виньолы и множество других церквей римского барокко. Но особенно важным для архитектуры Высокого Возрождения и барокко оказалось нововведение Альберти – применение большого ордера в декорации фасада и интерьера. В 1464 г. Альберти оставил службу в курии, но продолжал жить в Риме. К числу последних его работ относится трактат 1465 г., посвященный принципам составления кодов, и сочинение 1470 г. на моральные темы. Умер Леон Баттиста Альберти 25 апреля 1472 г. в Риме. Последний проект Альберти осуществился в Мантуе, после его смерти, в 1478-1480 гг. Это Капелла дель Инкороната мантуанского собора. Архитектоническая ясность пространственной структуры, прекрасные пропорции арок, легко несущих купол и своды, прямоугольные порталы дверей – все выдает классицизирующий стиль позднего Альберти.