Behovet for utbygginger hadde høyskolen fått gehør for allerede før krigen, men på grunn av okkupasjonen ble utbyggingene satt på vent. Planarbeidet fortsatte imidlertid under krigen ved professor Finn Berner, slik at allerede ved immatrikuleringen 1. september 1945 kunne rektor Vogt meddele at det var utarbeidet en generalplan for høyskolens fremtidige utvidelse.

Den opprinnelige planen la opp til en raskere utbygging enn det som faktisk ble tilfelle. Bygging av nye kjemibygg ble sett på som mest presserende, men intern uenighet førte til utsettelser. Dermed var det utvidelsen av biblioteket gjennom et tilbygg til Hovedbygget det som kom først i gang. Dette arbeidet ble påbegynt i 1946 og stod ferdig 1948.

Etter Finn Berners død i 1947 kom en del misnøye med hans utbyggingsplan til overflaten. Professorrådet bestemte derfor å lyse ut en arkitektkonkurranse som omfattet en ny generalplan for utbygging, samt nybygg for kjemiavdelingen. I mellomtiden ble det imidlertid gjennomført enkelte utbygginger i tråd med Berners plan: Den planlagte utbyggingen av kjelhuset, med en oppgradering av høyskolens varmeanlegg, ble fremskyndet da høyskolen fikk et gunstig tilbud om å kjøpe en stor dampkjele etter tyskerne. Dette arbeidet var ferdig i 1949. Samme år stod Metallurgisk institutt og et tilbygg til Fysisk institutt ferdig.

Vinnerbidraget i arkitektkonkurransen ble levert av arkitektene Chr. Pran og Otto Torgersen fra Oslo. Når det gjaldt deres plan for kjemibygg, viste det seg imidlertid raskt at det ikke var økonomisk mulig å bygge alt i en sammenhengende byggeperiode. Den grunnleggende ideen, med de fem kjemiblokkene vi kan se på Gløshaugen i dag, ble bevart, men blokkene ble reist i flere byggetrinn i perioden 1951 til 1964.

Etableringen av SINTEF fikk stor betydning for utbyggingen av høyskolen på 1950-tallet. SINTEF bidro gjennom oppdragsforskning til betydelige inntekter utenom statsbudsjettet, og en god porsjon av disse ble kanalisert til byggeprosjekter der statlige bevilgninger ikke hadde vært mulig å få i stand. Ett av disse var Materialteknisk institutt, NTH-platåets til da største bygg, som stod ferdig i 1958.

Det årlige opptaket av studenter ved NTH hadde økt kraftig etter krigen, men etterspørselen etter ingeniører krevde en ytterligere økning. Dette fordret flere større utbygginger, noe som igangsatte planleggingen av Sentralbygget. I utgangspunktet var det planlagt å bestå av tre høyblokker med tilhørende lavbygg, men omfanget ble etter hvert redusert til de to høyblokkene som preger Gløshaugen i dag. Det første byggetrinnet som omfattet søndre høyblokk ble påbegynt i 1959 og ble ferdigstilt i 1961.