В 1803 году Демут-Малиновский среди прочих пенсионеров Академии художеств направляется в Италию для дальнейшего совершенствования в искусстве. В начале июня того же года он выехал с рекомендательным письмом к известному итальянскому скульптору Канове.
Кроме занятий под руководством знаменитого итальянца, он изучает античное искусство, знакомится с работами современных итальянских мастеров. Первым за границей им был выполнен мраморный рельеф на античный сюжет «Геркулес с Омфалою». Овладение техникой обработки мрамора значительно повысило в дальнейшем художественный уровень произведений скульптора.
В 1806 году кончился срок пребывания пенсионеров в Риме. По приезде в Петербург Демут-Малиновский активно включается в работу. Им были созданы пластические композиции для крупнейших построек того времени: Казанского собора, Биржи, Горного института и Адмиралтейства.
Казанский собор архитектор А. Н. Воронихин намечал обильно украсить скульптурой. Над скульптурным оформлением собора, вместе с такими признанными мастерами, как Мартос и Прокофьев, работали и недавние пенсионеры Академии художеств В. И. Демут-Малиновский и С. С. Пименов.
По сторонам северного входа с Невского проспекта в полукруглых нишах расположены четыре гигантские скульптуры. Одна из них — статуя Андрея Первозванного работы Демут-Малиновского.
Как пишет Л. Б. Александрова: «Фигура Андрея Первозванного установлена фронтально. Лицо выражает страдание. Античный тип лица, прекрасные пропорции полуобнажённого тела сближают скульптуру с классическими образцами. Как мастер, прошедший классическую школу, Демут-Малиновский, вопреки религиозному сюжету, представляет героя полуобнажённым. Изображение обнажённой фигуры всегда было в центре внимания художников классицизма. Нагое тело в скульптуре рассматривалось ими как единственный источник „тех красот, кои бывают неувядаемы“ и удовлетворяют „вкусу всех времён“. Здесь же нашло своё отражение и характерное для русских мастеров стремление к правдивости изображения. Это сказалось в естественности движения фигуры. Убедительно решённый сложный поворот корпуса свидетельствует о глубоком знании натуры. Очень удачно вписан в общую композицию крест — символ мученической смерти святого. В статуе Андрея Первозванного Демут-Малиновский раскрывает тему страдания. Уже здесь проявилось тяготение скульптора к обобщённо-философским образам в отличие от героичности и конкретности образов Пименова».
Для Казанского собора скульптор выполнил также гипсовые статуи: Ильи Пророка, архангела Михаила и аллегорическую фигуру Веры для главного алтаря, не сохранившиеся по причине недолговечности материала.
Работы молодого скульптора для Казанского собора высоко оценил совет Академии. Сначала за эскиз статуи Ильи Пророка Демут-Малиновский получил звание академика, а за статую Андрея Первозванного он был произведён в адъюнкт-профессоры.
Творческое содружество Демут-Малиновского с архитектором А. Н. Воронихиным и скульптором С. С. Пименовым продолжилось в работе над другим крупным сооружением начала XIX века — Горным институтом. Здание института имело большое градостроительное значение. По своему положению оно являлось своеобразными морскими воротами города со стороны Финского залива.
Основная работа по созданию скульптурных произведений для здания Горного института была выполнена Демут-Малиновским. Ему принадлежат группа «Похищение Прозерпины Плутоном» и оба барельефных фриза — «Аполлон, приходящий к Вулкану за колесницею» и «Венера, требующая от Вулкана доспехи Марса».
Скульптурная группа Демут-Малиновского воссоздаёт эпизод похищения богом подземного мира Плутоном Прозерпины (дочери Зевса и богини земного плодородия Деметры).
«Делая широкий шаг вперёд, — пишет И. М. Ромм, — чуть наклонив вниз голову, Плутон несёт перед собой слабо сопротивляющуюся ему Прозерпину, которая левой рукой пытается оттолкнуться от своего похитителя, а правой выразительным жестом отчаяния и жалобы как бы прикрывает свою голову.
У ног Плутона и Прозерпины трёхголовый пёс — страж подземного царства.
Могучее обнажённое тело и сильные руки Плутона, подчёркнуто крупные грубоватые черты его лица, косматая грива волос — всё это усиливает впечатление уверенности и силы. В трактовке фигуры Прозерпины скульптор пользуется иными средствами: её тело окутано мягкими складками ткани, движения полны неуверенности и грации. Как будто и в момент борьбы она стремится сохранить красоту и женственность».