Pápai építészet és kései művek
II. Julius pápa 1503-as megválasztásával Bramante hamarosan pápai építész lett, és kiterjedt munkát végzett a vatikáni palotában, valamint megkezdte a Szent Péter-székesegyház átépítését. A palota hatalmas Belvedere udvarát (1503-ban kezdték el építeni) egy domboldalon teraszosan építették fel három szinten, amelyeket monumentális lépcsők kötöttek össze, és árkádos loggiák határoztak meg, egymásra helyezett rendekkel. Az alsó terasz színházként szolgált volna. A 16. század végén számos átdolgozással készült el, de mára szinte a felismerhetetlenségig megváltoztatták. A közelben található egy csigalépcső (1512 előtt kezdték el építeni), amely a Belvedere udvaron túli szoborudvarba vezet. A vatikáni palota új homlokzataként Bramante egy sor egymásra helyezett loggiát tervezett (1509-1518), amelyet később a S. Damaso udvarrá alakítottak át. A Raffaello által befejezett két egymásra helyezett árkádsor toszkán és ión pilaszterekkel, fölöttük pedig egy kompozit rendű oszlopsorral.
1505-ben Bramante elkészítette az Új Szent Péter tervét, amely egy központi görög keresztet irányzott elő, a kereszteződésnél egy oszlopos dobon álló nagy kupolával, négy kisebb kupolával és saroktornyokkal. Amikor a görög kereszt tervét nem fogadták el, azt tervezte, hogy az egyik kart meghosszabbítja, hogy hajóvá alakítsa, és az apsidális karokba ambulanciákat épít. Az alapkövet 1506 áprilisában tették le, de haláláig Bramante csak a négy fő pillért és a kupolát tartó boltozatokat emelte fel.
Bramante 1506-ban és 1510-ben elkísérte a pápát a bolognai hadjáratokra, és az utóbbi hadjárat során állítólag minden este Dante írásaihoz fűzött kommentárjaival szórakoztatta a pápát. 1513-ban a pápa a Piombatore, vagyis a pápai iratok pecsételője tisztséget adományozta neki. Bramante hatalmas palotát tervezett a Via Giulián a pápai bíróságok számára. Ezt 1509-ben kezdték el, de a pápa 1513-ban bekövetkezett halálával a munkálatokat abbahagyták, és csak a földszint néhány masszív, rusztikázott tömbje maradt meg.
Bramante utolsó munkája valószínűleg a Palazzo Caprini volt (1510 után; elpusztult). Rusztikázott földszintje volt üzlethelyiségekkel, felső szintje pedig páros dór féloszlopokkal. Később Raffaello tulajdonába került, és számos palota prototípusa lett, különösen Észak-Itáliában, Michele Sanmicheli, Giulio Romano és Andrea Palladio alkotásaihoz. Bramante 1514. március 11-én halt meg, és a régi Szent Péter-templomban temették el.