Un altro grande impegno professionale fu quello della costruzione del Teatro Goldoni, che andava ad aggiungersi ai numerosi altri teatri esistenti a Livorno. L'impresa iniziò alla fine del 1842 e il nuovo teatro, che per un breve periodo prese il nome del granduca Leopoldo, fu inaugurato solennemente nell'estate del 1847. Cappellini, poco più che trentenne, era già all'epoca un architetto di fama e iniziò la sua attività di perito sia per conto della Comunità di Livorno che per conto di privati. Le perizie che lo videro impegnato in questo periodo riguardavano gli espropri per la costruzione delle nuove Scuole popolari intorno alla chiesa di Santa Maria del sccorso e quelli relativi all'ampliamento della strada lungo la darsena (1844-1847). Nel 1845 fu richiesto un suo parere, che redasse insieme con l'ingegnere Olinto Paradossi, su alcuni progetti di Guglielmo Hoppner di linee ferroviarie tra Livorno e Vada e tra Cecina e Collesalvetti. Altre perizie di quegli anni attennero ai danni causati da un terremoto alla chiesa dei Santi Pietro e Paolo e al teatro Carlo Lodovico, per il quale ottenne l'affidamento dei lavori di restauro, che condusse in collaborazione con l'architetto Pasquale Poccianti (1845-1852) e che fu il terzo suo incarico di rilievo, finalizzato da una parte al rafforzamento della struttura dell'edificio dopo l'evento sismico, e dall'altra all'ammodernamento dei corredi tecnici e decorativi interni.
Nel 1848 Cappellini si trasferì a Firenze, dove, due anni dopo, cercò senza successo di ottenere l'iscrizione al ruolo suppletivo della Direzione generale dei lavori d'acque e strade e fabbriche civili, appena costituita dal granduca. Cappellini comunque non perse i contatti con la città di origine, intorno alla quale continuava a gravitare la sua attività professionale, anche grazie alle conoscenze acquisite durante la precedente attività di perito. Sono degli anni 1850-1857 parecchi progetti di restauro di importanti edifici livornesi, fra i quali quelli relativi al "Mercato vecchio", alle Carceri pretoriali e al Palazzo di giustizia, nessuno dei quali peraltro andò a buon fine, per mancanza di copertura finanziaria. La direzione del cantiere di restauro del Palazzo comunale a Livorno (1850-1851), per la quale Cappellini si offrì di lavorare gratuitamente, si risolse invece in un semplice adattamento di alcuni locali dell'edificio. Mentre svolgeva questa intensa attività professionale, che, per il vero, dopo i primi successi non gli stava dando grandi soddisfazioni, nel 1850 Cappellini fu eletto a Livorno consigliere comunale, carica che riuscì a mantenere, pur risiedendo a Firenze, fino al 1853, anno in cui fu costretto a dimettersi per manifesta impossibilità a rispondere in tempo alle convocazioni.
La versatilità di Cappellini e il suo rigoroso impegno di professionista ebbero modo di mettersi in evidenza quando ricevette l'incarico della trasformazione in struttura manicomiale della villa medicea dell'Ambrogiana a Montelupo Fiorentino (1850-1853), incarico che lo indusse a fare un lungo viaggio in varie città italiane e straniere, allo scopo di visitare i più importanti manicomi europei; ma anche in questa circostanza l'impegno profuso non corrispose alle aspettative economiche, e il suo progetto venne retribuito in maniera giudicata da lui insufficiente. Gli fu offerta allora la pianificazione del nuovo impianto a vapore per i bagni sulfurei dell'Ospedale Santa Lucia di Firenze (1853-1854), per la quale operò più da ingegnere che da architetto.
I lavori di costruzione del palazzo di Giorgio Maurogordato (oggi d'Azeglio) a Livorno lo videro impegnato, in mezzo a innumerevoli difficoltà, dal 1856 al 1864; nel 1861 fu nominato provveditore delle "Strade ferrate livornesi" (diventate poi "Strade ferrate romane"), società per la quale compì numerosi viaggi anche all'estero; nel 1867 fu designato come soprintendente ai lavori di mantenimento dei manicomi fiorentini di Bonifazio e di Castel Pulci.
Poco più che cinquantenne, Cappellini abbandonò in questi anni la pratica progettuale, forse anche a causa delle sue persistenti precarie condizioni di salute, e di tragiche vicende familiari: fra il 1853 e il 1866 si susseguirono la morte della moglie, del figlio e dei tre fratelli.
Nel 1868 Cappellini si risposò, ed ebbe dalla seconda moglie un figlio, mentre la tubercolosi lo costringeva a lunghi soggiorni in città dal clima mite. Negli ultimi anni di vita ottenne molteplici titoli onorifici: in particolare nel 1869 fu eletto "professore corrispondente" per la Sezione di architettura dell'Accademia di belle arti di Firenze, e nel 1874 venne promosso "professore residente". Fu scelto anche fra i commissari organizzatori del secondo Congresso degli ingegneri e architetti che si tenne a Firenze nel settembre 1875. Qui morì il 4 gennaio 1876.