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Le caractère ouvert du bâtiment et le plan dit « massé » sont caractéristiques de l’époque.
Il y a toutefois une innovation, car le château français comporte habituellement une suite de pièces allant d’une extrémité à l’autre du bâtiment, disposition dite « corps simple » ou « en enfilade ». À Vaux, l'architecte fait preuve d'innovation en organisant l'espace intérieur avec une double enfilade de pièces parallèles avec des portes alignées ou « corps double ».
Ce type d’organisation d’un bâtiment a déjà été employé par Louis Le Vau à l’hôtel Tambonneau en 1640 et par François Mansart à l’hôtel de Jars en 1648, mais est ici appliqué pour la première fois à un château.
Le salon dit « en rotonde » — de l'italien rotonda — pièce unique, constitue une autre originalité. L’ensemble, formé par le vestibule et ce grand espace, forme comme une travée centrale. Cette disposition, dite aussi « en lanterne », permet au visiteur d'avoir une vue traversante dans l'axe cour d'honneur-perron-vestibule-allée en perspective des jardins situés de l'autre côté, autour de laquelle gravitent deux parties autonomes dotées chacune d'un escalier.
Dans le rez-de-chaussée, côté jardin, se trouvent deux appartements ; l’un, destiné au Roi, est situé à gauche tandis que l’autre, à droite, est celui de Nicolas Fouquet.
Les pièces du rez-de-chaussée côté cour sont, en 1661, des chambres complétant les deux appartements côté ja