Изучая цветное стекло в лаборатории, Ломоносов всё время думал о том, как использовать результаты своих работ на практике: дать возможность России избавиться от ввоза различных стеклянных изделий из-за границы, улучшить качество вырабатываемых на русских заводах стекол. Но для того, чтобы осуществить все эти намерения, необходима была уже не лаборатория, а специальная фабрика. В своем письме графу Шувалову (4 января 1753 года) Ломоносов писал, что созданием фабрики «кончаются все мои великие химические труды, в которых я три года упражнялся и которые бесплодно потерять мне будет несносное мучение…»
Но далеко не все влиятельные люди, от которых зависело воплощение в жизнь заветного желания Ломоносова, разделяли его стремление. Многие считали, что использование на практике результатов научных работ является неподобающей затеей, унизительной для ученого и для науки. Этим зачастую объяснялось нежелание оказать поддержку Ломоносову в его начинаниях. Значение стекла в жизни человека, в технике и науке было тогда мало известно не только простым людям, но и представителям «высшего общества» — дворянам и знатным, титулованным особам. Поэтому Ломоносов решил рассказать в понятной для всех форме о свойствах и разнообразных применениях стекла и убедить окружавшее его общество в необходимости развития стеклоделия в России и постройки задуманной им фабрики. Для этого он написал длинное письмо в стихах на имя графа Шувалова, имевшего большое влияние при царском дворе и оказывавшего поддержку Ломоносову. В этом письме Ломоносов прекрасно отразил и сущность стекла и все известные в то время виды его применения. «Письмо о пользе стекла» Ломоносов издал за свой счет в типографии Академии наук в большом числе экземпляров и разослал широкому кругу людей. Нет сомнения в том, что, прочитав это письмо, многие из тех, кто считал постройку фабрики цветного стекла причудой Ломоносова, изменили свое мнение об этом.
В сенат Ломоносов подал прошение, что он «… желает к пользе и славе Российской империи завесть фабрику делания изобретенных [им] разноцветных стекол и из них бисеру, пронизок [бус] и стеклярусу [крупного бисера] и всяких других галантерейных вещей и уборов, чего еще поныне в России не делают, но привозят из-за моря великое количество ценою на многие тысячи…»
На этот раз сенат поддержал предложение Ломоносова и дал ему разрешение на постройку фабрики. Теперь было необходимо получить подходящий участок из казенных (государственных) земель, имеющий всё необходимое для постройки и работы стекольной фабрики, то есть в первую очередь лес для топлива, песок как основную составную часть стекла, и воду как источник механической силы. Такой участок Ломоносов также подыскал сам; это была деревня Усть-Рудица и несколько соседних с ней деревень, находящихся в 65—80 километрах от Петербурга, недалеко от города Ораниенбаума (теперь город Ломоносов). Этот участок и был отдан под фабрику, и Ломоносов с увлечением принялся за ее постройку. При постройке фабрики и во время ее работы он проявил себя как исключительно талантливый инженер. Проект фабрики был сделан им самим. Для кладки фундамента был необходим кирпич, — Ломоносов построил вблизи Усть-Рудицы кирпичный завод специально для этой цели, так как возить кирпич с ближайшего завода, с имевшимися в то время транспортными возможностями, обошлось бы намного дороже. Для выполнения многих механических работ была построена на реке Рудица водяная мельница. Эта мельница размалывала крупные куски мрамора и других материалов для стекольных шихт, она же приводила в движение шлифовальные станки. По тем временам это было большим техническим прогрессом: на многих стекольных фабриках, принадлежавших помещикам и купцам, станки приводились в движение руками крепостных, тяжелый труд которых ничего не стоил.
Строилась фабрика около двух лет. За это время Ломоносов подготовил хороших мастеров, послав их учиться на другие стекольные заводы.
Фабрика начала работать и выпускать продукцию весной 1754 года. На ней изготовлялась разноцветная столовая и парфюмерная посуда: графины, кружки, блюдечки, чашки, стаканы, песочницы, чернильницы, цветники и т. д. Часть этих изделий украшали дополнительно гранением и резьбой. Там же изготовляли в больших количествах разноцветный бисер и стеклярус, запонки и серьги.
В 1757 году Московский университет решил издать собрание сочинений Ломоносова. Для этого издания по заказу графа Шувалова был написан французским художником Фессаром портрет Ломоносова. Портрет этот и до сих пор является самым известным портретом Ломоносова. На нем великий ученый изображен сочиняющим оду «ее императорскому величеству». Окружают его предметы, характеризующие его научную деятельность. А на заднем плане художник изобразил окно, в которое видно бурное море с двумя корабликами и сверкающей молнией над ними. Художник хотел изобразить Ломоносова в образе придворного поэта. Но Ломоносову не понравилось такое изображение его деятельности. Он пригласил другого художника и попросил его переделать задний план на портрете. На исправленном варианте вместо корабликов и моря в окно видно любимое детище Ломоносова — Усть-Рудицкая фабрика «делания цветных стекол»; действующая печь (над крышей поднимается дым), водяная мельница и поленница дров, показывали, что фабрика хорошо обеспечена топливом. Так Ломоносов показал, что он не отделим от своего любимого дела, и подчеркнул свое стремление к реализации плодов своих научных трудов.