Pierwsze prace związane z odbudową podjęto w grudniu 1945 r. Zabezpieczono wtedy ruiny gmachu oraz podjęto rozmowy z prof. Niemojewskim, który już w czasie wojny na zlecenie magistratu przygotowywał rekonstrukcję kompleksu. Niestety, stan zdrowia Profesora nie umożliwiał kontynuacji prac.
Do planów odbudowy powrócono w 1950 r. Stwierdzono wtedy, że konieczne jest odtworzenie odpowiednio dużego gmachu, mogącego pomieścić siedziby tak ważnych dla kultury narodowej instytucji jak opera i teatr narodowy.
Założenia rozpisanego konkursu architektonicznego dotyczyły całego kompleksu między Placem Teatralnym oraz ulicami Moliera, Trębacką i Wierzbową obejmującego ponad 11 i pół tysiąca metrów kwadratowych. Miał się tu zmieścić ogromny zespół pomieszczeń teatralnych – warsztaty, magazyny, blok administracyjny i socjalny, mieszkania służbowe, muzeum teatralne i sklepy. Wytyczne konserwatorskie zastrzegały zachowanie elewacji i sylwetki gmachu od placu Teatralnego oraz Sal Redutowych w stanie sprzed wojny, wnętrze Teatru zaś mogło być zaprojektowane zupełnie na nowo.
Zaznaczono także „konieczność wprowadzenia elementów plastycznych od strony południowej świadczących o przeznaczeniu budynków w zasadniczych jego elementach funkcjonalnych tak, jak to ma mieć miejsce od placu Teatralnego”, a „ogólny wyraz całości budowli winien świadczyć o wewnętrznej treści największego teatru w Polsce poświęconego sztukom (muzyka, literatura, plastyka i balet)”.
Rozpisany konkurs wygrał projekt Bohdana Pniewskiego opracowany we współpracy z Małgorzatą Handzelewicz, Władysławem Jotkiewiczem i Stanisławem Krajewskim. Zakładany przez nich harmonogram przewidywał zakończenie prac w 1955 r., jednak różnorakie problemy przedłużyły realizację aż o dekadę. W trakcie prac dyrektor Teatru, Arnold Szyfman, pisał w Pamiętniku Teatralnym: "Teatr Wielki jest w tej chwili jedynym w Europie monumentalnym budynkiem operowym, który powstaje zupełnie na nowo, zatrzymując tylko fasadę Corazziego od pl. Teatralnego", zauważając wcześniej, iż wszystkie wielkie sceny Europy zniszczone w czasie wojny odbudowane zostały w formie dokładnego odtworzenia wzorca sprzed katastrofy.
Koszty rekonstrukcji były ogromne. Założono, że nowy Teatr ma być nie tylko największym, ale również jednym z najnowocześniejszych na świecie. W tym celu zaangażowano nie tylko polskie, ale i zagraniczne przedsiębiorstwa, w tym austriackie Wiener Brückenbau und Eisenkonstruktions A. G. Obok niej zaangażowano niemiecką firmę Siemens und Halske, odpowiedzialną za urządzenia przeciwpożarowe i elektroakustyczne, szwedzką Aseę – za oświetlenie sceny, szwajcarski Sauter – za klimatyzację, zaś firmę Ludwig Pani – za instalacje elektryczne.
19 listopada 1965 roku uroczyście otwarto odbudowany gmach Teatru Wielkiego.
Obecnie Teatr Wielki Opera Narodowa to jeden z ważniejszych punktów na kulturalnej mapie stolicy i Polski, dysponuje największą sceną operową świata – o całkowitej szerokości 36,5 m, głębokości 57,6 m i wysokości 34,4 m. Z łatwością mogłaby pomieścić mediolańską La Scalę. Widownia największej sali Teatru, Sali im. Moniuszki ma 1841 miejsc.