El retorn de la universitat a la ciutat de Barcelona, impulsat per les contínues reivindicacions, va coincidir sempre amb les iniciatives dels governs liberals que es van succeir en el poder durant el segon quart del segle XIX. Durant uns anys encara van coexistir les dues universitats (la de Cervera i la de Barcelona, inaugurada el 1822 sobre la base d’ensenyaments impartits en centres com la Junta de Comerç), fins que a partir del 1835 va prendre cos el restabliment definitiu de la Universitat de Barcelona a través de fases diferents:
L’edifici que albergà l’any 1841 les diferents dependències universitàries, un cop restablerta la universitat a la ciutat, fou el convent del Carme, exclaustrat de feia poc. El centre va acollir provisionalment les facultats majors de Teologia, Cànons i Lleis, i després la Facultat de Farmàcia. La Facultat de Medicina es va instal·lar a l’edifici del Reial Col·legi de Cirurgia, el qual havia estat creat el 1760, al costat de l’Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, per impartir estudis oficials relacionats amb l’àmbit de la salut.
La Universitat restaurada el 1837 és, doncs, la successora de l’Estudi General de Barcelona del segle XVI i de la Universitat única catalana de Cervera del segle XVIII. La Universitat, però, encara viurà uns anys d’indefinició. Durant el període entre 1840 i 1868, en què s’imposa el domini del partit moderat (exceptuant-ne el Bienni Progressista, 1854-1856), la Universitat pateix uns anys de lluites ideològiques i de depuració del professorat, en què fins i tot s’arriba a prohibir als professors pertànyer a partits polítics (Ordre reial de 22 de gener de 1867). Després de la Revolució de 1868, els professors separats són restablerts en les seves càtedres i s’inicia un període de liberalització de l’ensenyament. Un dels canvis més importants d’aquest període és la possibilitat d’impartir a Barcelona el grau de doctor, que trenca el monopoli estatal sobre la Universitat.
En aquests moments (1859), les constants denúncies sobre la precarietat de les instal·lacions del Carme obliguen les autoritats estatals a encarregar un projecte d’edifici de nova planta a l’arquitecte Elias Rogent.
A partir del 1871 tots els ensenyaments universitaris s’imparteixen al nou edifici, exceptuant els estudis de Medicina, que es continuaven fent, des del 1843, a l’antic Hospital de la Santa Creu i Sant Pau. No és fins a l’any 1906 que s’inaugura la nova Facultat de Medicina a l’edifici de nova planta construït a l’esquerra de l’Eixample, el qual albergava també el nou Hospital Clínic.
Pel que fa al desenvolupament dels ensenyaments i la docència impartida, cal destacar que, malgrat el provincianisme i l’aïllament cultural de la institució durant el darrer terç de segle, es van fer importants avenços en els estudis d’algunes disciplines, com ara la Medicina, amb figures com Santiago Ramón y Cajal (catedràtic d’Histologia a la Universitat de Barcelona entre el 1887 i el 1892), la Química o la Filologia Clàssica.