Los desmontes emprendidos por Matías Laviña habían dejado la Catedral de León en un estado de alarmante semirruina. Se había desmantelado la cúpula barroca y los derribos tuvieron que ser extendidos a todo el brazo sur del crucero, incluida su portada monumental. El pórtico meridional fue totalmente desarmado y sus sillares y esculturas se numeraron pieza a pieza hasta llegar a tocarse con los desmontes el nivel del pavimento.

Un inmenso boquete se abría en el corazón de la Catedral. Fueron muchos los que pronosticaron con aciago fatalismo la ruina completa de la Catedral de León. Los problemas de estabilidad surgidos tras los desmontes habían desbaratado por entero el delicado equilibrio constructivo del edificio. Todo el sistema de empujes y contrarrestos había sido descompuesto. La ruina del edificio, que en principio se había limitado a las partes que había desmontado Matías Laviña, se extendía de modo inquietante hacia otras zonas de la Catedral: las bóvedas altas del coro y del presbiterio y los dos tramos de bóvedas del brazo norte comenzaban a resquebrajarse causando el terror y la angustia de la población y de los religiosos. Como un enorme castillo de naipes al que se le retiran varias de sus cartas, la Catedral de León amenazaba con extender esta irrefrenable ruina por todas sus fábricas y convertirse en un montón de escombros.

El arquitecto que se encargó de contener la ruina y crear los medios para la reconstrucción de la Catedral de León fue Juan de Madrazo, que se ocupó de regir destino del edificio desde el año 1868. Juan de Madrazo, ante la alarmante situación en la que se encontraba el edificio, desde el primer momento se percató del doble aspecto que presentaba la restauración de la Catedral de León: era de urgente necesidad detener la ruina del edificio y, al mismo tiempo, se debía comenzar a disponer de los medios auxiliares precisos para proceder a su reconstrucción.

Este doble objetivo fue resuelto por Juan de Madrazo con su admirable sistema de encimbrado de bóvedas altas. El encimbrado fue una complejísima trabazón de carpintería que se aplicó a la totalidad de la Catedral de León. El intrincado amasijo de maderas era el resultado de un concienzudo estudio sobre el sistema constructivo gótico llevado a cabo por Juan de Madrazo. El funcionamiento constructivo de la Catedral es entendido como un conjunto de cargas, empujes y contrarrestos que trabajan en equilibrio perfecto. El encimbrado ideado por Juan de Madrazo estaba concebido como un enorme armazón de madera que engloba la totalidad del sistema estructural del edificio: cada nervio de las bóvedas, cada arco apuntado, cada arbotante exterior recibió un elemento de madera especialmente adaptado a su forma y a su función. Madrazo interpretó magistralmente el "principio de elasticidad" que gobierna en las catedrales: la estabilidad de los edificios góticos es resultado del equilibrio de fuerzas; este equilibrio había sido descompuesto con los derribos y el encimbrado permitió contener los empujes y reconstruir el esqueleto constructivo del edificio. Esta osamenta o armazón, la parte elástica de la estructura, fue totalmente sujetada por el encimbrado. El sistema de cimbras y entibaciones se articuló, por tanto, como un impresionante edificio de madera que cobijó y sujetó al templo de piedra. De este modo, el encimbrado actuó a modo de "horma" o "entibación" que permitió contener los empujes descompuestos. Podemos afirmar que la formidable armadura de madera salvó de la ruina a la Catedral.

Al mismo tiempo que el encimbrado dominaba y neutralizaba los empujes, también sirvió de medio auxiliar para la reconstrucción. Con la ayuda de las cimbras, prácticamente se repasaron y reconstruyeron todas las bóvedas altas de la Catedral. Decía Juan de Madrazo que en toda la extensión de las naves altas de la Catedral de León no existía un solo tramo que no exijiera reparaciones de mayor o menor importancia. Las cimbras se adaptaban al perfil apuntado de los arcos góticos. Algunas cimbras arrancaban de los capiteles de los pilares. Otras se levantaban sobre apoyos verticales asentados sobre el pavimento. Pero donde el pavimento no ofrecía solidez o para encimbrar las bóvedas centrales sin tener que desmontar la sillería de coro, el arquitecto ideó también un sistema de "armaduras transversales colgadas" que estribó en la galería triforio del edificio. Las cimbras se apretaban o aflojaban lateralmente o de costado. El sistema de encimbrado permitía además otros servicios prácticos: servían como pasos de andamiaje para los canteros y operarios y también se utilizaron como castillejos para la elevación y transporte de los materiales.

El sistema de encimbrado se extendió por todas las bóvedas altas de la Catedral desde el año 1874 hasta 1880, cuando el arquitecto Demetrio de los Ríos encimbró las bóvedas del ábside, completando así el sistema de carpinterías de la Catedral de León en su totalidad. A partir de estos años, se procedió a reconstruir las bóvedas que habían sido derribadas y a restaurar las que aún quedaban en pie. Esta tarea la realizó Demetrio de los Ríos y Serrano.

El procedimiento de reconstrucción o restauración de las bóvedas era sumamente audaz y contenía un grado importante de riesgo, pues se trabajaba a más de veinte metros de altura, elevando pesados sillares de piedra y volteando arcos y bóvedas. La restauración consistía en deshacer los plementos cuarteados y demontar los arcos de los nervios o crucería, que después se volvían a colocar sobre sus cimbras, previa reparación de sus deformaciones. Sobre estos nervios se volteaba de nuevo la plementería. Los arbotantes exteriores se reparaban con un procedimiento similar que consistía en su apeo, corrección y posterior reedificación. Mientras se ejecutaba esta operación, el encimbrado sostenía al edificio.

Una vez reconstruidas las bóvedas, el proceso de desmonte del encimbrado del edificio fue la prueba de fuego de la restauración de la Catedral de León. Demetrio de los Ríos procedió a comienzos del mes de julio de 1888 a aflojar las cimbras y codales que habían sujetado y contenido toda la estructura constructiva de la Catedral durante catorce años. Esta concluyente operación de descimbrado hizo contener el aliento de los operarios y de toda la población leonesa. Fue un momento crucial en la historia de la Catedral de León. El templo, desprovisto de sus "muletas" debía comenzar a sostenerse por sí mismo y demostrar que sus grietas, roturas y fracturas se habían soldado definitivamente. Al eliminarse las cimbras por completo, las bóvedas dejaron sentir con un crujido la totalidad de su peso sobre los pilares. Esta operación requirió prácticamente un mes de continuados trabajos.

El arquitecto Demetrio de los Ríos describía la emoción de estos transcendentales momentos: "No parece sino que a la conjunción de tantas tribulaciones y estruendos como alrededor nuestro estallaron ?decía el arquitecto? respondió la Providencia, no con un milagro, sino con una explosión de ellos; pues en un Templo tan excesivamente sensible a la menor conmoción, en un edificio tan extraordinariamente dócil al más leve sentimiento, ni la menor raja se abrió entre aquellas infinitas y atroces que lo plagaban".

Las operaciones de descimbre y desentibación de las bóvedas, pilares y apoyos verificaron la recuperación de la estabilidad de un edificio que había arrastrado graves problemas en su estructura a lo largo de los varios siglos de su existencia. Puede afirmarse que esta restauración fue una de las más complejas y arriesgadas entre todo ejecutadas en Europa en el siglo XIX. Los minuciosos cálculos sobre la estabilidad de bóvedas, los portentosos sistemas de carpintería armados a gran altura y los sistemas de cantería puestos en práctica para la reparación y reconstrucción de bóvedas de la Catedral de León sirivieron de modelo para la restauración posterior de otras grandes catedrales españolas, como la de Sevilla o Burgos. Pero también fueron referencia imprescindible en toda Europa para restaurar edificios que décadas más tarde sería seriamente dañados en su esqueleto estructural como consecuencia de catástrofes bélicas. El elevado mérito de estos trabajos fue reconocido en su momento, pues en el año 1881, Juan de Madrazo recibió a título póstumo la Medalla de Oro en la Exposición Nacional de Bellas Artes por sus proyectos de restauración de la Catedral de León. El sistema de encimbrado permanece como testimonio de la sabiduría de arquitectos como Juan de Madrazo o Demetrio de los Ríos que se entregaron con abnegada dedicación a la salvación de la Catedral de León.