I lavori effettuati durante il periodo francese furono gli esempi ai quali si ispirarono in parte le scelte della Deputazione voluta da Ferdinando III. Questa fu formata da tecnici e da proprietari terrieri: il presidente fu Pietro Paoli e altri membri furono il fisico e agronomo Giovanni Fabbroni, il fisico Pietro Ferroni, il prof. Giuliano Frullani, il matematico ed astronomo padre Giovanni Inghirami, il marchese Emilio Pucci e il commendatore Lapo de' Ricci, mentre per segretario della Deputazione fu scelto Gaetano Cellai. Tutti i membri prestarono la loro opera gratuitamente.
La commissione si riunì la prima volta l'8 gennaio 1818 e subito iniziò a raccogliere informazioni sulle varie esperienze catastali e a vagliare i criteri applicati precedentemente in Toscana, in particolare quelli utilizzati dai francesi, e quelli applicati nelle operazioni allora in corso nello Stato Pontificio e nel Lombardo-Veneto. Inoltre la Deputazione coinvolse l'Accademia dei georgofili e la comunità degli scienziati richiedendo pareri e progetti. Dopo aver elaborato tutto questo materiale, la Deputazione fu in grado, il 20 aprile dello stesso anno, di presentare al Granduca il Piano del Catasto. Il progetto fu approvato il 7 ottobre dopo alcuni aggiustamenti che riguardavano la riforma dei confini comunitativi, la classazione delle strade a carico delle comunità e la stima dei fondi.
Nel frattempo i deputati pianificarono la formazione dell'Ufficio generale del catasto con l'organico che avrebbe dovuto concretamente applicare le direttive prese dalla Deputazione medesima; il 25 dicembre fu approvata la formazione dell'Ufficio e contestualmente furono nominati i ministri che dovevano comporlo. All'inizio la guida dell'Ufficio fu affidata al segretario Giorgio Cellai a cui furono assegnate ampie facoltà, ma con il motuproprio del 22 luglio 1819 la direzione passò al deputato Giuliano Frullani e alcune prerogative che erano state del Cellai, come ad esempio la facoltà di firma, furono condivise con altri ministri responsabili dei settori ai quali facevano capo i diversi lavori catastali.
Secondo il progetto approvato da Ferdinando III, l'intera operazione era stata suddivisa in tre stati di avanzamento: misura, stima e attivazione. La fase di misurazione venne avviata nel 1819 e si concluse nel 1826. Le operazioni necessarie all'accertamento della rendita effettiva dei fondi censiti si protrassero invece per tutto il decennio dal 1820 al 1830; a queste seguirono quelle relative all'attivazione che non si conclusero con lo scioglimento della Deputazione, ma si protrassero ancora fino al 1836 consentendo l'entrata in vigore del catasto per tutte le comunità.
La prima fase prevedeva la misurazione e la realizzazione finale delle mappe suddivise in sezioni e particelle delle 242 comunità di terra ferma, incluse quelle della Romagna Toscana oggi in provincia di Forlì, mentre furono escluse quelle delle isole dell'Arcipelago toscano, e naturalmente le comunità allora ancora comprese nel Ducato di Massa e nel Principato di Lucca. I lavori iniziarono nel 1819 con la correzione dei documenti catastali conservati in parte presso l'Ufficio generale delle comunità del Granducato e in parte recuperati da Parigi. Contemporaneamente furono portate a termine le misurazioni delle comunità lasciate interrotte dai francesi ed avviati i lavori per altre, utilizzando quasi integralmente i criteri applicati dai francesi ad esclusione dell'unità di misura, perché, con la Restaurazione, Ferdinando III aveva voluto abbandonare il sistema decimale per tornare al braccio fiorentino. Le operazioni di misura furono dirette dall'astronomo Padre Giovanni Inghirami incaricato di realizzare una triangolazione geodetica generale dell'intero Granducato sulla quale furono basate, comunità per comunità, le triangolazioni secondarie calcolate dai tre ispettori, Luigi Campani, Belli e Francesco Guasti, responsabili rispettivamente del compartimento catastale pisano, lucchese e fiorentino. Oltre a determinare le triangolazioni secondarie, gli ispettori avevano il compito di definire i confini comunitativi insieme ai rappresentanti delle comunità limitrofe e di inoltrare alla Deputazione le eventuali controversie. Essi dovevano quindi dividere il territorio comunitativo in sezioni per la realizzazione delle mappe e controllare i lavori dei geometri. Quest'ultima incombenza era molto impegnativa sia per la quantità del lavoro e sia per la qualità dei dati da elaborare, poiché i numerosi geometri, divisi come nel catasto francese in due classi, avevano l'incarico di misurare la superficie in modo reale non trigonometrico avvalendosi di pertiche e della tavoletta pretoriana e le loro misurazioni dovevano collimare con quelle calcolate con strumenti diottrici di precisione dagli ispettori. Inoltre i geometri dovevano allegare alle mappe i quaderni indicativi della proprietà, attraverso i quali era possibile attribuire ogni bene al rispettivo proprietario. Data la mole del lavoro la Deputazione fu autorizzata il 2 febbraio 1820 ad assegnare ad ogni ispettore un geometra che lo coadiuvasse.
Una volta terminati e controllati i lavori di misurazione in campagna, tutto il materiale prodotto, mappe e documentazione allegata, veniva inviato all'Ufficio della Deputazione. Qui i disegnatori procedevano a copiare le mappe, dette anche matrici, e a calcolare le superfici di ogni appezzamento e quelle dei corsi d'acque e dei tronchi di strade, quindi le copie eseguite su carta lucida venivano inviate ai gonfalonieri, perché i proprietari potessero prendere visione ed eventualmente inoltrare reclami. Dopo un mese i lucidi delle piante, i quadri indicativi corrispondenti, i reclami e gli atti delle verifiche venivano rispediti a Firenze all'Ufficio del catasto. Alla fine delle operazioni di misura la produzione di documentazione fu veramente imponente: basti pensare all'intero "Plantario" dei fogli di mappa composto da 8567 matrici o ai 3150 "Quaderni indicativi la proprietà e i proprietari", uno per sezione catastale.
Mentre ancora si procedeva a misurare alcune comunità, per quelle che avevano già concluso questa fase fu iniziata l'operazione della stima, la quale si rivelò molto più complessa della prima, perché andava a toccare direttamente gli interessi dei proprietari. Dopo molte discussioni il criterio scelto fu quello dell'accertamento della rendita netta di ciascun fondo calcolato sullo stato del bene al 1817, cioè quando fu istituita la Deputazione. I fondi furono divisi in urbani e rustici. La stima dei fondi urbani fu fatta considerando il valore locativo reale o presunto da cui erano detratte le spese di manutenzione e le perdite dovute ai periodi in cui l'immobile restava sfitto. Più complicato fu l'accertamento della rendita netta dei fondi rustici, poiché gli elementi variabili che concorrevano alla sua identificazione erano molti, si doveva infatti tener conto delle spese di coltivazione, di mantenimento del bene e del trasporto dei prodotti. Oltre a queste detrazioni, la Deputazione tenne conto anche di altre spese che dovevano essere defalcate e che derivavano dalle spese delle comunità e dai mantenimenti dei corsi d'acqua, mentre non tenne in considerazione la decima parrocchiale, sebbene fin dal 1819 fosse stata oggetto di accurate analisi.
Prima di iniziare l'operazione della stima, la Deputazione predispose una vera e propria inchiesta agraria inviando ad ogni magistratura comunitativa un questionario in cui chiedeva informazioni relative al territorio, al genere di prodotti coltivati, alle rotazioni delle sementa, al tipo di contratti agrari, al costo dei prodotti e della mano d'opera.
La stima fu affidata a periti stimatori scelti dalla Deputazione tra una rosa di nominativi segnalati dalle magistrature comunitative. I periti, per poter eseguire l'incarico assegnatogli, ricevettero dall'ispettore delle mappe, Giovanni Massaini, i lucidi, i quaderni indicativi, le liste alfabetiche e le tavole e tutte quelle carte che occorrevano per la riuscita del lavoro. Oltre a questi documenti furono poi consegnati "la nota dei prezzi dei cereali e dell'olio, la scaletta degli sconti e il ragguaglio delle misure uniformi paragonate alle difformi abolite" (Copialettere n° 7, p. 226, 8 gen. 1820). Secondo le "Istruzioni" del 1819 all'inizio l'intera operazione della stima doveva essere portata a termine dai periti, poi la Deputazione si avocò il compito di elaborare i dati e di attribuire per ogni prodotto e per ogni comunità i rispettivi prezzi.
Il reddito del fondo agrario fu quantificato in base ai prezzi minimi annui dei prodotti venduti in ogni comunità dal 1768 al 1807, non furono però conteggiati gli anni dal 1799 al 1802, perché in quel periodo il prezzo del grano era salito vertiginosamente. "La somma di questi minimi prezzi divisa per il loro numero somministrò il prezzo medio" di ogni prodotto. I valori così ottenuti non furono applicati ad ogni singola particella, ma per masse di coltura. Queste ultime furono formate grazie alla riunione in uno stesso articolo di stima di più appezzamenti contigui, con lo stesso tipo di coltura e appartenenti allo stesso proprietario.
Le operazioni che portarono alla definizione della stima dei beni durarono un decennio e furono considerate dalla Deputazione concluse nel 1830 e, come si desume dalla Relazione presentata al Granduca e dalla documentazione prodotta, esse furono molte, strettamente connesse e soggette ad un controllo rigoroso dell'Ufficio generale della conservazione del catasto.
L'ultima fase, quella dell'attivazione, iniziò nel 1830 e fu considerata conclusa nel 1834 nonostante che ancora non fossero stati consegnati a 115 comunità i campioni, le copie delle mappe e la documentazione di corredo formata dalle tavole indicative dei proprietari e dai repertori alfabetici, cioè tutto quel materiale necessario per la ripartizione dell'imposta fondiaria. I tempi per l'attivazione del catasto si erano infatti allungati oltre il previsto, comportando un aggravio economico non indifferente. Motivi concomitanti furono: le variazioni che le proprietà avevano subito a partire dal 1817, l'inesattezza degli antichi Libri estimali, le variazioni territoriali delle comunità e non ultima la scarsa collaborazione dei proprietari. Il confronto tra i dati emersi dai nuovi rilevamenti catastali e quelli dei vecchi Libri estimali aveva messo in luce profonde discrasie e fu necessario provvedere a correzioni e integrazioni che spesso portarono al rifacimento dell'intera procedura di lavoro tanto che nella Relazione finale (parte I, cap. III) si legge che "durante l'attivazione si è rifatto di nuovo tutto intiero il catasto".
Una volta terminati i riscontri delle operazioni e dei calcoli estimali sotto il controllo di Giuseppe Andreini, nell'Ufficio della Deputazione furono compilati i Campioni originari e inviati alle cancellerie perché fossero confrontati con i Libri estimali, poiché fin dalle riforme leopoldine, la documentazione catastale aggiornata non era più conservata a Firenze nell'Archivio della Decima, ma nelle cancellerie a cui facevano capo le comunità. Qui, una volta confrontati i Campioni con i vecchi libri, ci si rese conto che non collimavano e quindi fu necessario redigere un nuovo registro chiamato "Minuta" o "Scartafaccio del campione". Contestualmente fu ordinato al cancelliere di compilare un altro registro chiamato Manuale sul quale venivano registrati i nomi dei proprietari con i rimandi al campione e ai vecchi libri estimali. Tutti gli articoli di stima che non risultavano censiti nel Campione, sulle mappe e sui documenti di corredo alle mappe, furono registrati negli "Arroti di conservazione", mentre tutte le proprietà che rientravano nelle variazioni territoriali delle comunità furono registrate nel "Campioncino Provvisorio". Da quest'ultimo e dalla "Minuta" o "Scartafaccio del campione" furono desunti i "Prospetti nominali" nei quali erano elencati tutti i possidenti di una comunità con l'indicazione della loro rendita catastale e dovevano servire ai cancellieri ministri del censo a redigere i "Dazzaioli" per la riscossione delle tassa prediale fino a quando non furono completati i Campioni definitivi delle comunità.
Quando la Deputazione il 30 settembre del 1834 rimise nelle mani del Granduca il suo mandato, la grande impresa poteva essere considerata conclusa anche se molti lavori erano ancora in corso. Il nuovo catasto era stato infatti congegnato in modo tale che i dati potevano essere completati, corretti e aggiornati senza mettere in discussione l'impianto generale.
La formazione del nuovo catasto ebbe numerose e importanti ripercussioni in vari ambiti, infatti la riforma del censo contribuì a un cambiamento sociale aprendo a nuovi soggetti la possibilità di accedere alle magistrature comunitative. I lavori poi avevano coinvolto complessivamente, escludendo i ministri di nomina regia, 1292 persone tra contabili, geometri, ingegneri, disegnatori etc., contribuendo a formare un piccolo esercito di tecnici altamente specializzati. Le operazioni catastali furono importanti anche da un punto di vista linguistico: fu necessario infatti redigere un vocabolario dei termini tecnici per uniformare i Quaderni indicativi. Il dizionario, redatto dal deputato Giuliano Frullani, risulta già in uso il 17 dicembre 1819 e tale patrimonio lessicale fu proposto anche alla Crusca.
Tra le ricadute più importanti si ebbe la formazione delle carte geografiche della Toscana, composte da due carte generali in scala 1/200.000 e 1/500.000, una terza divisa per valli, una quarta "destinata a dimostrare i principali corsi d'acqua e di strade" e infine una quinta in cui venivano rilevati i confini delle diverse comunità.
Si deve inoltre ricordare che l'enorme quantità di dati raccolti dette in seguito la possibilità di elaborare statistiche utili all'amministrazione pubblica. I dati statistici furono poi elaborati dalla Commissione per l'ultimazione del catasto, incaricata anche di dirimere i reclami avanzati dai proprietari, mentre la nuova Soprintendenza alla conservazione del Catasto fu incaricata dell'aggiornamento e della conservazione.