Os trabalhos de reconstrução só viriam a começar no verão de 2021. Mais de dois mil trabalhadores, pertencentes a cerca de 250 empresas, trabalharam para restaurar a nave central, onde o telhado desabou, reconstruir todo o sótão, reerguer o pináculo central, voltar a instalar toda a rede técnica do edifício e reforçar as estruturas que tinham sido destruídas pelo fogo. Por fim, todas as paredes, pedras, pinturas e vitrais foram restaurados pela primeira vez desde o século XIX.
Na reabilitação da catedral, o projeto mais ambicioso foi a reconstrução do sótão – ou “a floresta”, como era normalmente chamado –, dos telhados e do pináculo, totalmente destruídos na noite de 15 de abril de 2019. A opção de restituir à catedral o aspeto do século XIX obrigou à utilização de madeira em grandes quantidades, que outros projetos não implicavam.
Cerca de 2400 carvalhos foram abatidos para a reconstrução. Desses, cerca de mil transformaram-se no pináculo de 93 metros. Em janeiro de 2021, começou a busca pelas mil árvores em 200 florestas francesas. Segundo a Associated Press, oito desses carvalhos foram derrubados na floresta centenária de Bercé, que pertenceu durante séculos à família real.
O corte destas árvores centenárias – entre os 150 e os 230 anos – motivou uma petição pública, com mais de 42 mil assinaturas, que criticava a operação e a classificava como "ecocídio" (genocídio ecológico).
As mil árvores destinadas ao pináculo – apenas as que cumpriam critérios muito específicos –, tiveram de ser abatidas, em França, até março de 2021 e deixadas a secar por 18 meses. Este foi o fator que levou muitos especialistas a considerar que o prazo de Macron era irrealista.