接受任务后，“五建”选派了一批根正苗红、政治可靠、技术过硬的精兵强将。施工队伍按军队编制管理，组成了木工连、瓦工连、彩油连、架子工连和混合连5个施工分队，总计约500人。为保证施工过程的绝对安全，有关部门还调派了北京卫戍区两个连的解放军战士加入工人队伍，负责安全警卫工作。为了确保工程不被外界知晓，在修缮正式开始前，整个天安门城楼被遮挡起来，形成了一个封闭的环境。
天安门城楼长66米、宽37米、高32米，要将这个庞然大物整个罩起来，为它作“世纪手术”，难度可想而知。如果用钢管搭建这个大罩子，需要一个月。因为工期紧任务重，工人突破以往方法，用数根杉篙绑在一起，层层连接，用苇席搭起天棚，除留出送料的循环马道外，整个城楼被包裹得严严实实，丝毫不露。而搭起这个跨度如此之大，堪称世界之最的“天棚”，仅用了8天时间，这在当时是绝无仅有的。同时他们又在中山公园内临时建起一座锅炉房，上下水管道直通城楼，苇席四周铺设了几层取暖管，尽管隆冬三九，棚里仍然温暖如春，昼夜通明。为严守秘密，不仅北京市民，就是近在咫尺的中山公园、民族文化宫的工作人员也不知道被苇席围起的天安门里在干什么。所有参加重建的人员更要严守秘密，不准和任何人说，甚至家人，因为这是政治任务。
在对天安门城楼翻建拆除前，姚来泉配合测量局的技术人员，一一测量城楼所有的斗、拱、柱及端门等构件。之后，拆下的每一件木构件都被拍了照片，按顺序编号，然后交由北京建筑设计院画图，再按照图纸进行木构件加工。测量后的数据直接报告给毛主席。毛主席批示：原样不动，尺寸不变。拆除旧城楼仅用了7天时间。共用去6公斤黄金，最大的改动是取消前廊台阶天安门城楼究竟由多少块木料组成，谁也说不清。被拆的斗、拱、声、柱相互咬合，上下垒叠，环环紧扣，严丝合缝，如此庞大的木结构体却找不出一颗钉子。这么复杂的工艺是怎么做的呢？连八级木工姚来泉都有点挠头。他们用塔吊先将城楼西南一个整角吊起，拉到中山公园水榭北侧，每拆一根，在旁边按原样码好，可拆完了，就是码不出原样。一位中国古建专家琢磨了半天之后说，拆下的声、斗、拱虽然次序对，但有的方向不对。后来又把拆下的每一根木料都顺序编号，并写清内、外、上、下、左、右，反反复复按原样码了几遍，直到弄明白为止。
