A questo punto, come emerge da un’adunanza generale della Società, si rivela necessaria la costruzione di una palestra coperta più ampia. L’ingegnere Domenico Regis viene incaricato di progettare il nuovo edificio, che sorgerà tra via Magenta e via Massena. La Città, dopo aver rinnovata la concessione dell’uso del terreno rettangolare della superficie di 3.055 metri quadrati compreso tra le vie Magenta e Massena e corso Re Umberto, contribuisce alla realizzazione offrendo cinquantamila lire.
Portata a termine nel 1866, la nuova palestra comprende una vasta sala dotata di tutti gli attrezzi che può accogliere fino a centocinquanta allievi, e sulla quale si affacciano una galleria per gli spettatori, salette destinate alla ginnastica femminile, alla scherma, ai soci adulti, ai soci minori insieme a locali per gli uffici e per i servizi.
All’esterno, tra il nuovo edifico e quello del 1851, vi è un’ampia palestra scoperta, anch’essa munita di numerosi attrezzi, che può accogliere ben quattrocento allievi.
Nello stesso anno viene istituito, per incarico del Municipio di Torino, il primo corso gratuito di ginnastica per le maestre municipali; inoltre viene aperta la scuola di nuoto sul Po, nei pressi del Valentino. Successivamente inizia il primo corso di equitazione (1870) in collaborazione con la Scuola di equitazione; si apre la scuola di canottaggio (1877); di tiro a segno (1879).

Il fabbricato in muratura mista (mattoni e pietrame) di tre piani fuori terra, che ospitava appartamenti, uffici e i locali della Reale Società Ginnastica fu colpito durante l'incursione aerea dell'8 agosto 1943. Spezzoni incendiari provocarono danni tetto, crollo di soffitti e danni agli infissi. La scheda di censimento della Divisione Urbanistica della città di Torino, datata 2 novembre 1944, segnala come effettuato il ripristino del tetto.