Auf dem fast zwei Kilometer langen Abschnitt zwischen Strausberger Platz und Frankfurter Tor in Friedrichshain entstand nach verheerenden Kriegszerstörungen 1952–60 die wohl monumentalste Straßenbebauung des 20. Jahrhunderts in Deutschland. Die Straße wurde auf 90 Meter verbreitert, die sieben- bis neungeschossige Bebauung nach Vorgaben der Partei (und entgegen den Entwürfen eines städtebaulichen Wettbewerbs) im stalinistisch-neoklassizistischen Stil der 1950er Jahre errichtet.

In den unteren ein oder zwei Geschossen wurden Läden und Gaststätten untergebracht, die Obergeschosse beherbergen für damalige Verhältnisse komfortable Wohnungen. Die bis zu 300 Meter langen Baublöcke sind durch vor- und rückspringende Bauteile sowie unterschiedliche Geschosszahlen variiert, die Fassaden sind teilweise mit ornamentaler Baukeramik verkleidet. Gemäß den Moskauer Vorgaben wurden nationale Elemente, im Berliner Fall Einzelformen aus der Schinkelzeit, eingearbeitet.

Die einzelnen Bauabschnitte entstanden unter der Leitung unterschiedlicher Kollektive. Noch ganz dem funktionalistischen Stil der 1920er Jahre verhaftet sind dagegen die Laubenganghäuser in der Karl-Marx-Allee 102 /104 und 126 / 128, die nach Entwürfen des ersten, von den Sowjets eingesetzten Stadtbaurats Hans Scharoun 1949 und noch vor dem Beginn des "Nationalen Aufbauprogramms" errichtet wurden.

Ebenfalls von 1949 stammen die benachbarten Häuser. Erster Bau des neuen Stils und programmatisch für die weitere Entwicklung war das neungeschossige Hochhaus an der Weberwiese, als Mauerwerksbau 1951 / 52 vom Kollektiv Hermann Henselmann errichtet.

Zum Wahrzeichen der Allee wurden die beiden Turmbauten am Frankfurter Tor. Sie nehmen grob die Formen der Gontard’schen Türme am Gendarmenmarkt auf und stammen wie auch die Bebauung des Strausberger Platzes ebenfalls von Henselmann.

Als "erste sozialistische Straße" auf deutschem Boden war die Stalinallee, wie sie bis 1961 hieß, lange Zeit für den Westen Objekt heftiger Kritik und Gegenreaktionen. Bei aller zweifelhaften Neoklassizistik und Monumentalisierung respektiert die Alleebebauung jedoch den gewachsenen Stadtraum. Dieser Aspekt wurde später – ökonomischen Zwängen folgend, vor allem aber nach westlichem Vorbild – aufgegeben. Deutlichstes Beispiel dafür ist die Fortführung des Wiederaufbaus zwischen Strausberger Platz und Alexanderplatz. Darüber hinaus bedingten die begrenzten Finanzmittel auch eine radikale Veränderung von Bautechnik und Formensprache.

Bemerkenswert sind im Verlauf der Allee die beiden funktionalistischen Kinos "Kosmos" (heute eine Eventlocation) und "International" (1960–62).