Nel 1878 il cardinale vescovo Gustav Adolf von Hohenlohe-Schillingsfürst fece realizzare una nuova facciata per il santuario, di ordine dorico, progettata dall'architetto Mariano Salustri: nel frattempo all'interno del santuario venne rifatto il pavimento.
L'altare maggiore del santuario rinnovato venne consacrato il 5 agosto 1938: tuttavia il santuario venne officiato ufficialmente solo il 25 luglio 1949 dal cardinale vescovo Giuseppe Pizzardo.
Il cardinale vescovo della sede suburbicaria di Albano, Lodovico Altieri, nella relazione della visita ad limina del 15 dicembre 1864 al santuario, affermò che la Madonna della Rotonda era anche conosciuta come "Madonna del Suffragio".
Tutti gli interventi estranei all'architettura romana e bizantina delle origini vennero cancellati durante i restauri del 1935-1938, che si prefissero l'obiettivo di riportare l'edificio alla sua originale purezza: perciò venne eliminata la lanterna seicentesca, i laterizi delle mura furono liberati dagli stucchi settecenteschi, vennero riaperte le nicchie laterali, il pavimento venne riportato al livello domizianeo -ovvero più di tre metri sotto il piano stradale-.
