Pour la transformation du château, c'est l'architecte italien, Le Primatice (1504-1570) qui dressa les plans.
Pour la construction de la grande Loggia, toute la première partie du château construite un siècle plus tôt au bord de l'étang fut démolie.
De nouvelles fondations furent bâties sur pilotis en raison des infiltrations provenant de l'étang tout proche.
Sur l'arrière, on retrouve une terrasse de 5 mètres de haut surplombant l'étang.
Dès 1540, la construction du grand corps de logis de plus de 66 mètres, qui fait face à l'entrée était commencée.

Il se composait d'une vaste cuisine en sous-sol avec deux immenses cheminées, dont l'une pouvait cuire un bœuf entier.
Ensuite des magasins à vivres, des celliers.
La lumière du jour provenait par des fenêtres donnant sur la grande cour et sur la terrasse qui tout le long de l'étang borde le château.
On pénétrait dans le rez-de-chaussée par une petite loggia composée de deux arcades de granit.
A gauche, le grand salon éclairé par six belles fenêtres à meneaux.

En face de l'entrée, un escalier à vis desservait l'unique étage et les combles.
Puis à droite, d'autres saules plus petites.
L'aspect de ces façades rappelle l'architecture italienne de la Renaissance.
Le sous-sol a la sévérité du style toscan.

Le rez-de-chaussée dresse ses fines colonnades ioniques et le riche corinthien orne l'étage.
Une belle et large corniche, sommée d'élégantes lucarnes à frontons couronnait le tout.
Toutes les ouvertures, les colonnades étaient de fin granit de Mortagne, et les murs étaient remplis par un briquetage aux tons roses très décoratifs.

La charpente élancée permettait de créer des combles habitables, éclairés par les petites lucarnes en plein cintre à frontons triangulaires.
Comme tous les châteaux d'une certaine importance dans la région, la toiture était vraisemblablement composée par des tuiles plates au bout arrondi, dites "tuiles écailles", clouées sur une charpente assez élevée.
Ces tuiles étaient fabriquées sur place car chaque domaine avait sa tuilerie, qui travaillait non seulement pour le château, mais pour les multiples métairies du domaine.

Le Primatice étant un architecte de goût, il n'aurait pas eu l'idée de coiffer un château de briques roses, par une sombre toiture d'ardoises, matériau d'ailleurs peu employé au-dessous de la Loire.
Pendant les Guerres du Protestantisme (1562-1598), le Puy du Fou fut incendié.
Sa haute toiture s'effondra, et on rétablit une couverture plus économique, moins haute et faite de tuiles romaines.

Ce qui eut sans doute pour conséquence la suppression de l'habitabilité des combles.
Mais les lucarnes furent conservées en raison de leur bel effet décoratif.
Ceci était le grand corps de logis commencé en 1540 et terminé en 1548.
François II du Puy du Fou (1495-1548) tomba malade à Saumur et en mourut le 17 juillet 1548.
Si bien que sa veuve, Catherine de Laval (1499-1584), se contenta de terminer la décoration intérieure et extérieure de ce premier corps de logis.

Le 2 novembre 1559, René ler du Puy du Fou (1520-1566), fils de François II et de Catherine de Laval, épousera Catherine de la Rochefoucauld (1528-1577), fille du Grand Sénéchal de Guyenne, Gouverneur de Paris et de Jeanne d' Amboise.
Ils viendront s'installer au Puy du Fou et continueront l'œuvre de leur père François II.
René ler du Puy du Fou meurt en 1566, dans de tragiques circonstances, très probablement des suites de la Guerre entre Catholiques et Protestants.
Sa veuve continuera, malgré l'insécurité des temps, l'œuvre de reconstruction du Puy du Fou.