In den ersten 13 Jahren seiner Tätigkeit als Organist und Direktor des Win-terthurer Musikkollegiums war Matthaei aushilfsweise als Organist an der Stadtkirche tätig, an deren Orgel er konzertierte. Daneben gestaltete er dort immer wieder zusammen mit dem Gemischten Chor und dem Stadtorchester Kantatengottesdienste. Ende 1938 wählte die Kirchenpflege der Winterthurer Altstadtgemeinde Karl Matthaei zum ersten Organisten ihrer Hauptkirche. Am 30. April des folgenden Jahres trat Matthaei sein Amt an. Er machte es sich nicht leicht mit der musikalischen Gestaltung der Gottesdienste. Auch suchte Matthaei während der vielen Jahren seines Dienstes stets die Zusammenarbeit mit den Pfarrern.
Wie sehr das gottesdienstliche Musizieren seinem innersten Bedürfnis ent-sprach zeigt ein Artikel, in dem er über die Aufgabe der Orgel im Gottesdienst sinngemäss folgendes schrieb: Als musikalisches Zentrum des sonntäglichen Gottes-dienstes steht der Gemeindechoral. Die Begleitung desselbigen soll mit einer hellen Registrierung (z.B. Oktave 4', Nachthorn 2', Cymbel 1' auf Prinzipalfundament) er-folgen, um eine klare Melodieführung und rhythmische Klarheit zu gewährleisten. Insbesondere wendete Matthaei sich gegen den üblichen Äqualklang, da dieser in seinen dumpfen Klängen die natürliche Entwicklung des Gesanges hemme. Ebenso soll in die Choralintonation das folgende Lied miteinbezogen werden, damit der Kirchgänger wieder mit der Melodie vertraut werde. Fremd wirkt für unsere Zeiten Matthaeis Vorschlag, mit der Gemeinde regelmässig "Gesangsübungen' abzuhalten. Ferner möchte er, dass jeweils freitags die Lieder (mit Strophen) bekanntgegeben werden, damit die weniger "Gesangskundigen"' sich mindestens mit dem Text schon auseinandersetzen können. Desgleichen schlägt er vor, die Gemeinde in der Kirche nach Stimmkategorien zu setzen, um den (damals) in der Schweiz durchwegs üblichen vierstimmigen Gesang zu fördern. Das Eingangsspiel des Gottesdienstes soll nach Möglichkeit mit dem ersten Lied verknüpft werden; dies ist aber in der Schweiz - und nicht nur dort - bis heute selten der Fall. Matthaei wehrt sich wie (fast) alle Organisten dagegen, dass das Präludium eine "akustische Beschönigung für Zuspätkommende"' wird. Text aus „Karl Matthaei“, 1994, von Verena Gäumann.
Die Orgelrenovation in der evangelischen Stadtkirche Winterthur (1934) In einer Aufsatzfolge erzählt Karl Matthaei die teilweise abenteuerliche Ge¬schichte "seiner" Orgel nach: Ihre Ursprünge liegen in der Klosterkirche Salem/Bodensee. Karl Joseph Riepp (1710-1775) erbaute zwischen 1766 und 1768 für diese "Liebfrauen"-Kirche eine dreimanualige Orgel mit je nach Quelle unterschiedlicher Registerzahl, die zwischen 40 und 46 schwankt. Im Jahre 1809 erwarb das Winterthurer Collegium Musicum diese Orgel und stellte sie des schönen Barockprospektes wegen im Blickfeld der Gemeinde in der Stadtkirche vor das Chorgestühl. Die Winterthurer Gemeinde war die erste im Kanton Zürich, die sich über das Verbot des Orgelspiels im Gottesdienst hinwegsetzte - genauso, wie sie bereits Mitte des 16. Jahrhunderts den Kirchengesang wieder tolerierte. 1836 begann Aloys Moser einen Umbau, bei dem das Instrument revidiert und auf die Westempore versetzt werden sollte. Er verstarb über den Arbeiten, und seine Söhne erwiesen sich als unfähig, sie zu beenden. Schliesslich übernahm Friedrich Haas diese Aufgabe (1841); er wollte, die Orgel ferner im romantischen Sinne umgestalten. Diese Pläne wurden in Winterthur mit Begeisterung aufgenommen. 45 Jahre nach dem Haas'schen Umbau, in den Jahren 1887/1888 wurde die Riepp-Mooser-Haas-Orgel von der der Firma Walcker in technischer und klanglicher Hinsicht modernisiert. Es entstand somit die hochromantische Walcker-Orgel, von der mit Ausnahme des Prospektes kaum mehr etwas auf vergangene Zeiten hinweist.
Der Orgel wurden zwanzig Register hinzugefügt, so dass sie schliesslich 52 Stimmen aufwies. Statt der Schleifwindladen mit mechanischer Traktur wurden Kegelventilladen mit pneumatischer Registertraktur eingebaut. Ferner erhielt sie eine der ersten frei einstellbaren Registerkombinationen überhaupt. Bei zwei Umbauten in den Jahren 1922-1924 und 1934 wurde die Orgel von der Firma Kuhn unter der Leitung von Karl Matthaei leicht barockisiert, im Wesentlichen aber in ihrem romantischen, aber nicht aufdringlichen Gesamtklang belassen. Karl Matthaei vermerkte im Umbauvertrag von 1934: "Das wichtigste aber: der monumentale Klang der ganzen Orgel muss unter allen Umständen gewahrt werden! Beim ersten Umbau wurde auf Anraten von Albert Schweitzer die Disposition nur wenig verändert. Als Zeichen der Zeit wurde statt der pneumatischen Spieltraktur eine elektrische eingebaut. Der Winddruck von ca. 85 mm Wassersäule wurde beibehalten. Text aus „Karl Matthaei“, 1994, von Verena Gäumann.
