Annunciato come “il più bel palazzo che l’Italia abbia mai costruito”, il nuovo palazzo di Torino Esposizioni deve ospitare il XXXI Salone dell’Automobile, previsto per il settembre del 1948.  Le caratteristiche dell’architettura di Sottsass vengono conservate: il teatro con unica torre scenica per una platea coperta e una cavea all’aperto; la facciata principale sul corso con un atrio monumentale e una lunga manica uffici sopraelevata su un porticato che lascia intravvedere il giardino interno (il meraviglioso “Giardino delle Danze”); il volume circolare del ristorante. Con un cantiere record di soli 9 mesi, Pier Luigi Nervi mette in opera la più grande costruzione in ferrocemento al mondo: un salone di 110,5 metri di lunghezza e 95 di larghezza, distribuito come una basilica, con una parte absidata  vetrata di 30 metri di diametro che affaccia sul parco del Valentino e con una superficie rettangolare libera di sostegni intermedi (75 metri di lunghezza x 81 metri di larghezza), scandita soltanto da pilastri laterali inclinati, che si ramificano con mensole a sostegno dei ballatoi delle gallerie soprastanti, e coperta da una grande volta. La volta di copertura di questo salone (Salone B, poi Salone Agnelli) è data da archi costituiti di elementi in ferrocemento prefabbricati in cantiere, sollevati e montati con un sistema di ponteggi mobili. Il sistema dei conci ad onda prefabbricati (con finestre incorporate) e dei ponteggi, così come quello della copertura a semicupola della parte absidata, ottenuta con getti di cemento effettuati tra più di 300 forme a losanga anch’esse in ferrocemento e anch’esse prodotte in cantiere, sono brevettati dallo stesso Pier Luigi Nervi.
Nel 1950 l’ente Torino Esposizioni decide di ampliare gli spazi espositivi del palazzo, per ospitare nuove edizioni dei Saloni dell’Auto e della Tecnica, affidando sempre a Pier Luigi Nervi la realizzazione del Salone C (poi Palazzo del Ghiaccio) sull’area prima occupata dalla cavea all’aperto del teatro. Nonostante le molte polemiche rivolte a bloccare l’occupazione di quello spazio, si mette in opera il nuovo salone (50x60 metri) con una volta a padiglione sostenuta da quattro arconi,  coperta con il medesimo sistema in ferrocemento della semicupola dell’abside del Salone B. I solai delle gallerie perimetrali alla copertura a padiglione sono realizzati con travi ondulate in ferrocemento e costituiscono un irrigidimento lungo il perimetro della copertura.
Nel 1953 un nuovo ampliamento. L’ingegnere Nervi assieme all’architetto Ettore Sottsass preparano un progetto che prevede il moltiplicarsi modulare delle campate del Salone B, la costruzione di un arcone di 100 metri di luce  sul fronte principale e una torre uffici in struttura metallica in sostituzione alla manica sopraelevata e al ristorante circolare. Questo progetto viene approvato ma in seguito alla scomparsa di Sottsass l’impresa Nervi e Bartoli mette in opera una versione minimale dell’ampliamento, che interessa solo l’estensione del Salone B. Con questo ultimo intervento il salone va a invadere l’area di 35 metri prima destinata a giardino. A seguito della demolizione del fronte del salone inaugurato nel 1948, affacciato sul giardino interno, viene realizzato quello cieco che oggi è visibile dal corso Massimo d’Azeglio, incastrato da Nervi alla struttura sopraelevata del palazzo preesistente.