Исследователи полагают, что участие Л.В. Даля в проектировании собора во имя князя Александра Невского с приделами св. равноапостольной Марии Магдалины и Николая Мирликийского в Нижнем Новгороде (так называемый Новый Ярмарочный собор), сооружение которого было задумано после посещения в 1858 г. нижегородской ярмарки императором Александром II Николаевичем и императрицей Марией Александровной и осуществлено на пожертвование кашинского купца второй гильдии Николая Васильевича Терликова, избранного председателем Комитета по строительству храма. Составителем проекта стал губернский архитектор Роберт Яковлевич Килевейн (1825–1895 гг.), исследователи предполагают, что Л.В. Далю принадлежит авторство композиции храма (1864 г.), имеющей два прототипа: церковь Благовещения Пресвятой Богородицы при лейб-гвардии Конном полку в Санкт-Петербурге (архитектор Константин Андреевич Тон, 1844–1849 гг.) и шатровый Борисоглебский собор в городе Старица (1558–1561 гг., не сохранился). Однако 18 ноября 1865 г. император утвердил «заменительный» проект неизвестного санкт-петербургского архитектора. По мнению исследователей, Л.В. Далю принадлежит доработка художественной стороны проекта (1866–1867 гг.). В 1869–1875 гг. он вёл наблюдение за строительством, которым руководил Р.Я. Килевейн. Храм, градообразующая высотная доминанта Нижнего Новгорода (освящён 20 июля 1881 г., закрыт в 1930 г., в 1992 г. возобновлены богослужения), типологически близок к возведённым в то же время соборам во имя Успения Пресвятой Богородицы в Гельсингфорсе (Хельсинки; архитектор Алексей Максимович Горностаев, проект 1859 г., 1860–1868 гг.) и во имя князя Александра Невского в Париже (архитектор Роман Иванович Кузьмин, 1859–1862 гг.). Собор представляет собой центрическое монументальное сооружение высотой 79 м, крестообразное в плане, с одной пятигранной апсидой, завершенное пирамидальной композицией из пяти восьмигранных шатров, увенчанных луковичными главками. В северо-западном барабане устроена звонница. В декоре фасадов сочетаются элементы русского стиля, преобладающего в постройке (шатры, луковичные главки, кокошники в основании барабанов), с деталями романского и византийского происхождения (аркатурные пояса и ползучие арочки). Л.В. Даль принимал участие в устройстве иконостасов в 1876 г. В Нижнем Новгороде Л.В. Даль реализовал бо́льшую часть своих архитектурных проектов, однако его церковные постройки были уничтожены после 1917 г. (кроме колокольни (1876 г.) церкви св. Иоанна Предтечи (1870–1871 гг.)). В 1864 г. Л.В. Даль составил проект часовни во имя князя Александра Невского для подворья Феодоровского Городецкого монастыря близ Московского вокзала в Нижнем Новгороде. Впоследствии по его проекту, утверждённому 20 ноября 1869 г., под его руководством в течение строительного сезона 1870 г. часовня была перестроена в трёхпрестольную церковь. Крестообразный в плане храм венчало шатровое пятиглавие, фасады завершали щипцы.