El retorno de la universidad a la ciudad de Barcelona, impulsado por las continuas reivindicaciones, coincidió con las iniciativas de los gobiernos liberales que se sucedieron en el poder durante el segundo cuarto del siglo XIX. Durante unos años coexistieron ambas universidades (la de Cervera y la de Barcelona, inaugurada en 1822 sobre la base de estudios impartidos en centros como la Junta de Comercio), hasta que a partir de 1835 se produjo el restablecimiento definitivo de la Universidad de Barcelona a través de varias fases:
El edificio que albergó en 1841 las dependencias universitarias, una vez restablecida la universidad en la ciudad, fue el convento del Carmen, exclaustrado hacía poco. El centro acogió provisionalmente a las facultades mayores de Teología, Cánones y Leyes, y más tarde, a la Facultad de Farmacia. La Facultad de Medicina se instaló en el edificio del Real Colegio de Cirugía, creado en 1760 junto al Hospital de Santa Cruz y San Pablo para impartir estudios oficiales relacionados con el ámbito de la salud.
La Universidad restaurada en 1837 es, pues, la sucesora del Estudio General de Barcelona del siglo XVI y de la Universidad de Cervera del siglo XVIII. Sin embargo, todavía deberían superarse unos años de indefinición en la institución. Durante el periodo entre 1840 y 1868, en que se impuso el dominio del partido moderado (exceptuando el Bienio Progresista, 1854-1856), la Universidad sufrió unos años de luchas ideológicas y de depuración del profesorado. Se llegó incluso a prohibir al profesorado la pertenencia a partidos políticos (Real Orden de 22 de enero de 1867). Tras la Revolución de 1868, sin embargo, los profesores separados recuperaron sus cátedras y se inició un periodo de liberalización de la enseñanza. Uno de los cambios más importantes de este periodo fue la posibilidad de impartir en Barcelona el grado de doctor, por lo que se rompía el monopolio estatal sobre la Universidad.
En aquellos momentos (1859), las constantes denuncias sobre la precariedad de las instalaciones del Carmen obligaron a las autoridades estatales a encargar un proyecto de edificio de nueva planta al arquitecto Elias Rogent.
A partir de 1871, todos los estudios universitarios se impartían ya en el nuevo edificio, exceptuando los estudios de Medicina, que se seguían haciendo, desde 1843, en el antiguo Hospital de Santa Cruz y San Pablo. Hasta 1906 no se inauguró la nueva Facultad de Medicina en el edificio de nueva planta construido a la izquierda del Eixample, y que albergaría también el nuevo Hospital Clínico.
Con respecto al desarrollo de los estudios y la docencia impartida, cabe destacar que, a pesar del provincianismo y el aislamiento cultural de la institución durante el último tercio de siglo, se hicieron importantes avances en los estudios de algunas disciplinas, como la Medicina, con figuras como Santiago Ramón y Cajal (catedrático de Histología en la Universidad de Barcelona entre 1887 y 1892), la Química o la Filología Clásica.