W roku 1863, w czasie powstania styczniowego, pałac uległ pożarowi. Odbudowa w stylu neorenesansowym odbyła się w latach 1864–1868 według projektu Józefa Orłowskiego. Nadała mu ona nowy kształt dachu z facjatkami, balkony, nowe skrzydło w miejscu domu Łagiewnickich i charakterystyczną wieżę wykorzystywaną do obserwowania tej części miasta przez Warszawską Straż Ogniową (tzw. czatownią), z zegarami po jej trzech stronach. W sali Berga (późniejszej sali Dekerta) sufit ozdobił plafon „Tryumf Prawdy” autorstwa Marcelo Bacciarellego przeniesiony z sali balowej pałacu Prymasowskiego. Pałac miał dwie bramy.
W gmachu oprócz magistratu mieścił się również zarząd policyjny miasta (biura oberpolicmajstra). W sali balowej (do 1915 Aleksandrowskiej) na pierwszym piętrze odbywały się później posiedzenia Rady Miejskiej. Była to jedna z największych i najpiękniejszych sal w mieście, wykorzystywana m.in. na koncerty, bale i odczyty. Zarząd miasta obradował w Sali Portretowej, także znajdującej się na pierwszym piętrze. W budynku mieścił się także lombard miejski.
Od końca XIX wieku w budynku działało centralne ogrzewanie.