Плодотворнейшей сферой деятельности инженера стало создание им новаторских, изящных и долговечных пространственных систем покрытий (т. н. стальных сетчатых оболочек, полюбившихся всем архитекторам XX и XXI вв.) и высотных сооружений из металла. «Можно смело утверждать: после Шухова в этой области не было сделано принципиально новых изобретений и не было создано конструкций, столь совершенных эстетически» (Е.М. Шухова). Висячие сетчатые покрытия гигантских площадей в несколько тысяч кв. метров, сетчатые своды и своды двоякой кривизны с пролетами до 40 м в XX в. стали одними из самых привычных архитектурных форм. Изобретением легких металлических арочных покрытий (перекрытие дебаркадера Киевского вокзала в Москве, стеклянные своды над ГУМом в Москве и Петровским пассажем в Санкт-Петербурге) «завершился долгий поиск инженерами всего мира наиболее рационального типа стропильной фермы. Дальнейшее ее усовершенствование стало уже невозможным. Это строго научно было доказано В.Г. Шуховым в книге “Стропила” (1897) и там же указан единственно верный путь – переход к пространственным системам, в которых все элементы конструкции при восприятии нагрузки работают как единый слаженный организм». Вес шуховских «крыш без стропил» был в 2–3 раза ниже, а прочность значительно выше, чем у традиционных типов покрытий. Они были намного проще в сборке и монтаже.

Индустриальная архитектура стала коньком Шухова, который «вывез» его в число «величайших инженеров мира» и одновременно выдающихся «художников в конструкциях», сооружения которого называют произведениями.

«Шедевр мастера» на Шаболовке принадлежит к классу т. н. гиперболоидных конструкций, введенных Шуховым в архитектуру еще в 1880-х гг. Точнее, эта форма называется однополостным гиперболоидом вращения. Грандиозный вид этой башни и ее эстетическое великолепие подвигли А.Н. Толстого к написанию «Гиперболоида инженера Гарина».

По воспоминания правнучки изобретателя Е.М. Шуховой, Владимир Григорьевич пришел к форме башни, увидев плетеную ивовую корзинку для бумаг, перевернутую вверх дном, а на ней тяжелый горшок с фикусом.

Шухов скрупулезно рассчитал конструкцию башни, способ ее монтажа и в январе 1896 г. подал заявку на привилегию «Ажурная башня». Способ устройства заключался в следующем: «Сетчатая поверхность, образующая башню, состоит из прямых деревянных брусьев, брусков, железных труб, швеллеров или уголков, опирающихся на два кольца: одно вверху, другое внизу башни; в местах пересечения брусья, трубы и уголки скрепляются между собой. Составленная таким образом сетка образует гиперболоид вращения, по поверхности которого проходит ряд горизонтальных колец. Устроенная вышеописанным способом башня представляет собой прочную конструкцию, противодействующую внешним усилиям при значительно меньшей затрате материала». Изобретателю был выдан патент Российской империи № 1896 от 12 марта 1899 г.

Первым сооружением этого типа стала 25-метровая водонапорная башня, продемонстрированная на Всероссийской промышленной и художественной выставке в Н. Новгороде (1896) и произведшая фурор. В распространенной тогда «железной архитектуре», типичным образцом которой считается Эйфелева башня, конструкция Шухова выглядела диссонансом, но куда более гармоничным, чем образцы старой школы. Рассчитанная на самый сильный ураган, с более чем двукратным коэффициентом запаса устойчивости, башня своей ажурной формой и воздушностью покорила и обывателей, и специалистов.

Гиперболоидным башням была открыта зеленая улица. За 30 последующих лет возвели сотни этих сооружений: водонапорных башен, гиперболоидных маяков, антенн, опор под резервуары, корабельных мачт на броненосцах. США вообще установили такие мачты на большинстве своих кораблей ВМФ. В конце 1920-х гг. по той же системе были сооружены опоры ЛЭП НИГРЭС.

Радиобашня на Шаболовке стала самой высокой из шуховских башен (160 м с двумя траверзами и флагштоком). Первый проект 9-секционной башни был разработан Шуховым в 1919 г. с расчетной высотой 350 м. На ее сооружение требовалось металла в 3 раза меньше, чем на 300-метровую Эйфелеву башню. Металла тогда в разоренной стране не было, и чудо, что за этот проект вообще взялись. Правда, его пришлось переделать на 6 секций общей высотой 148,3 м. «Железо» выдали по личному указанию В.И. Ленина из запасов Военного ведомства.

Строительство велось по изобретенному Шуховым «телескопическому» методу монтажа конструкций. Не было лесов и подъемных кранов. Секции по очереди монтировались на земле, внутри первой секции, после чего при помощи блоков и лебедок поднимались по принципу выдвижной подзорной трубы.

К строительству приступили 14 марта 1920 г. Руководил возведением башни сам Шухов. Из-за отсутствия материалов и квалифицированных рабочих, которым часто зарплаты не хватало на еду, работа неоднократно прерывалась, а однажды при подъеме 4-й секции произошла авария, смялись нижние секции. Авторитетная комиссия пришла к выводу, что «проект безупречен» и авария произошла из-за усталости металла. Тем не менее Шухова приговорили к «условному расстрелу» с отсрочкой исполнения приговора до завершения строительства. В ту пору Владимиру Григорьевичу и без того было тяжко: погиб его младший сын, умерла мать…

19 марта 1922 г. башня была сдана в эксплуатацию. На ней установили необходимую аппаратуру, а через полгода состоялась и первая радиопередача: концерт русской музыки с участием Н. Обуховой. Тогда же были отменены обвинения инженера во «вредительстве» и «условный расстрел».

В 1937 г. при энергичном участии 84-летнего Шухова башню переоборудовали для трансляции передач коротковолнового катодного телевидения. Через два года с передатчиков стали идти регулярные телевизионные трансляции.

Тогда же башня выдержала серьезное испытание на прочность. За трос, соединяющий гиперболоид с соседней мачтой, зацепился почтовый самолет. Аэроплан рухнул, а башня устояла.

Мода на гиперболоидные шуховские башни пришла на Запад в 1930-х гг. и не утихла до сих пор. Воспользовались идеями Шухова в своем творчестве и великие зодчие Ле Корбюзье и О. Нимейер. Отдают должное им и на Востоке. Так, в 2005–2009 гг. в Гуанчжоу (Китай) была построена подобная башня высотой 610 м.

На выставке «Инженерное искусство» в Центре Помпиду в Париже (1997) изображение Шуховской башни использовалось как логотип. На выставке «Лучшие конструкции и сооружения в архитектуре XX века» в Мюнхене (2003) был установлен позолоченный 6-метровый макет Шуховской башни.