15 marca 1945 r. do Bydgoszczy przybyli pierwsi misjonarze z Krakowa. Kościół został odgruzowany i otwarty dla kultu. Od 27 maja 1945 r. w bazylice odbywają się regularne nabożeństwa. Rozpoczęto długotrwały proces odbudowy. W 1949 r. poświęcono kaplicę Matki Boskiej Częstochowskiej, w latach pięćdziesiątych otynkowano wewnętrzne ściany kościoła, w 1966 opracowano projekt kopuły zewnętrznej. Od 1967 r. pracami nad odbudową kościoła kierował prof. Wiktor Zin; w tym samym roku na kopule bazyliki ustawiono latarnię ze stalowym krzyżem o wysokości 6 m.
Według projektu Zina zamontowano we wnętrzu marmurowe pilastry o korynckich kapitelach, zbudowano chór muzyczny, zainstalowano mozaikowe lustra odblaskowe przy kinkietach głównej rotundy. Prof. Zin zaprojektował także mozaiki na sklepieniach naw, wystrój prezbiterium, oraz rozety w kasetonach kopuły i witraże.