Påvelig arkitektur og sene værker

Med valget af pave Julius II i 1503 blev Bramante snart pavelig arkitekt, og han udførte omfattende arbejde i Vatikanpaladset og påbegyndte ombygningen af Peterskirken. Paladsets enorme Belvedere-gård (påbegyndt i 1503) blev opført i terrasser op ad en bjergskråning i tre niveauer, der var forbundet af monumentale trapper og afgrænset af loggiaer med arkader med overlejrede ordener. Den nederste terrasse skulle fungere som et teater. Den blev færdiggjort med mange ændringer i slutningen af det 16. århundrede og er nu næsten uigenkendelig forandret. I nærheden ligger en spiralformet, rampeformet trappe (påbegyndt før 1512), som giver adgang til statuepladsen bag Belvedere Court. Som en ny facade til Vatikanpaladset tegnede Bramante en række overlejrede loggiaer (1509-1518), som senere blev omdannet til S. Damaso-gården. Den er færdiggjort af Rafael og består af to overlejrede arkader med toskanske og joniske pilastre og over dem en kolonnade af kompositordenen.

I 1505 udarbejdede Bramante en plan for den nye Peterskirke, der indeholdt et centraliseret græsk kors med en stor kuppel på en kolonnadet tromle ved krydset, fire mindre kupler og hjørnetårne. Da planen med det græske kors ikke blev accepteret, planlagde han at forlænge den ene arm for at danne et skib og at tilføje ambulatorier i apsidens arme. Grundstenen blev lagt i april 1506, men ved sin død havde Bramante kun opført de fire hovedpiller og de buer, der skulle bære kuplen.

Bramante ledsagede paven på de militære felttog til Bologna i 1506 og i 1510, og under sidstnævnte felttog skulle han efter sigende have underholdt paven hver aften med sine kommentarer til Dantes skrifter. I 1513 skænkede paven ham embedet som Piombatore, eller forsegler af de pavelige breve. Bramante planlagde et enormt palads på Via Giulia til de pavelige domstole. Det blev påbegyndt i 1509, men ved pavens død i 1513 blev arbejdet opgivet og efterlod kun nogle få massive, rustikke blokke i stueetagen.

Bramantes sidste værk var sandsynligvis Palazzo Caprini (efter 1510; ødelagt). Det havde en rustikeret stueetage med butikker og en øverste etage med koblede doriske halvsøjler. Det blev senere ejet af Raphael og blev prototype for talrige paladser, især i Norditalien, af Michele Sanmicheli, Giulio Romano og Andrea Palladio. Bramante døde den 11. marts 1514 og blev begravet i den gamle Peterskirke.