El traslado de la Biblioteca se hizo por etapas. Primero se trasladó la Biblioteca del Colegio Mayor de San Ildefonso que, para esa época estaba muy mermada y atrasada, colocándose unos 3.000 volúmenes en una sala del convento de las Salesas Nuevas, donde estaba la Universidad y luego las de los Colegios Menores. En 1842 la Universidad se traslada al edificio del Noviciado de Jesuitas, en la calle de San Bernardo y entre 1848 y 1849 lo haría la Biblioteca.

El Plan de Estudios de José Pedro Pidal (1845), pieza clave en la reforma de las enseñanzas, aglutina dentro de la Universidad de Madrid, llamada ahora Literaria, a todos los establecimientos de enseñanza superior de Madrid, convirtiéndoles en facultades mayores: Teología, Jurisprudencia (Colegio Mayor de San Ildefonso y colegios menores), Medicina (Real Colegio de Medicina y Cirugía de San Carlos), Farmacia (Real Colegio de Farmacia de San Fernando) y unos estudios superiores de Filosofía y Ciencias (Reales Estudios de San Isidro). Cada uno de estos establecimientos tenía su biblioteca, que, en principio, era la que poseían cuando eran independientes. El Reglamento de la Universidad de 1847 establece la figura del bibliotecario general, nombrado  por el rector, y de los jefes locales para cada una de las bibliotecas de las facultades. También se regula el préstamo, los índices (de autores y obras anónimas y de materias) y los horarios. Por R.O. de 1849 se establece para cada Universidad, Comisiones que tienen como finalidad la mejora de las colecciones bibliográficas.

En 1850, la Universidad pasa a llamarse Universidad Central y a raíz de la Ley Moyano de 1857 se crea la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales que no poseería biblioteca propia hasta más tarde, utilizando sus alumnos y profesores las del Museo de Ciencias Naturales y Real Jardín Botánico. La Biblioteca queda estructurada en las bibliotecas, pertenecientes a las facultades establecidas en la Universidad: Filosofía y Letras; Farmacia; Medicina; Derecho y Teología; Museo de Ciencias Naturales y Real Jardín Botánico. También a raíz de esta ley, se crea por decreto de 17 de julio de 1858 el Cuerpo Facultativo, llamado a partir de 1867, Cuerpo Facultativo de Archiveros, Bibliotecarios y Anticuarios y la Junta Superior Directiva de Archivos y Bibliotecas, pasando las bibliotecas públicas, entre ellas la de la Universidad Central, a estar bajo su autoridad, perdiendo la dependencia directa de los rectores.

La segunda mitad del siglo XIX viene marcada por la ideología krausista y los vaivenes políticos que también se dejan sentir en la Universidad y en lo que respecta a la Biblioteca, al finalizar el siglo, la R.O. de 6 de mayo de 1897 dispone su disgregación en los distintos establecimientos que la componían que pasan a ser autónomos.

El siglo XX empieza con una serie de hitos para la Biblioteca de la Universidad. Primero, fue la publicación del Reglamento para el régimen y servicio de las Bibliotecas Públicas del Estado (1901), en el que se incluyen las universitarias; más tarde, la aprobación del Estatuto de la Universidad en 1919, en el que se dedican sendos  artículos a las bibliotecas.

La construcción de la Ciudad Universitaria en 1927, en uno de cuyos primeros proyectos la Biblioteca figuraba como una unidad de toda la composición arquitectónica, pero que luego no se hizo realidad, el Decreto de 14 de enero de 1932 que supone un nuevo marco jurídico para las bibliotecas, el nombramiento, también en 1932, de Javier Lasso de la Vega como Director de la misma y la publicación en 1933 del Reglamento de la Biblioteca Universitaria, marcan la verdadera explosión de la Biblioteca Universitaria en todos sus aspectos.

Javier Lasso de la Vega termina con la división de la Biblioteca, instaura las juntas de jefes, para una mejor coordinación de las bibliotecas, y establece una gestión con un presupuesto de la Universidad y del Estado, organiza los servicios públicos (adquisición y préstamo, implantado en 1932) y los servicios técnicos (catalogación según la nueva normativa y la clasificación según el sistema de la CDU), las colecciones aumentan más que por las compras por las donaciones y por el servicio de intercambio, así como por las obras procedentes del Registro de la Propiedad Intelectual. En cuanto a extensión universitaria fue fundamental la creación del Seminario de Biblioteconomía que se reúne en el Pabellón Valdecilla y la creación de la Asociación de Bibliotecarios y Bibliógrafos de España y su órgano de expresión el Boletín de Bibliotecas y Bibliografía.

La primera biblioteca que se traslada desde el Instituto de San Isidro de la calle de Toledo al nuevo edificio de la facultad en la Ciudad Universitaria es la de Filosofía y Letras (1933), las otras permanecen dispersas por Madrid: la de Medicina en San Carlos, calle de Atocha nº 104; la de Farmacia en la calle de la Farmacia nº 11; la de Derecho junto al Archivo Universitario en la calle de San Bernardo, ocupando el Pabellón Valdecilla, inaugurado en 1928, y la de Ciencias en la calle de San Bernardo nº 11. En cuanto al personal, hay facultativos o técnicos, administrativos que realizan la copia de papeletas para los distintos catálogos, los ordenanzas que hacen la limpieza y sirven los libros al público y becarios y estudiantes voluntarios. Toda esta gran evolución queda truncada al estallar la Guerra Civil en 1936.

Las consecuencias de la Guerra fueron tremendas, sobre todo para la biblioteca de Filosofía y Letras al encontrarse la facultad en la primera línea de fuego de la Ciudad Universitaria. Muchos de los libros de la biblioteca desaparecieron, pasto de las llamas y de los bombardeos y otros quedaron seriamente deteriorados. Al terminar la contienda, muchos de los bibliotecarios que habían sobrevivido, tras los expedientes de depuración,  fueron apartados del servicio y  otros se exiliaron.

Los años 40 y 50 son de reconstrucción y de intentar volver a la normalidad, aunque con muchas dificultades por la falta de presupuesto y de personal. Una nueva Ley de Ordenación Universitaria entró en vigor en 1943, a raíz de la que la Universidad Central pasó a denominarse Universidad de Madrid. En la Biblioteca se fueron introduciendo tímidamente algunas novedades, como la sección de frecuentes o el servicio de información bibliográfica. La escasa dotación presupuestaria llevó a buscar otras fuentes de financiación como el establecimiento de la tasa de 2’50 pesetas quincenales para poder optar al servicio de préstamo.

A la Biblioteca se incorporan 2 nuevos establecimientos al crearse las facultades de Ciencias Políticas y Económicas y Veterinaria (esta última heredera de la Escuela de Veterinaria poseedora de una rica biblioteca).

La falta de presupuesto incide en la compra de libros y por tanto en la obsolescencia de las colecciones, por otra parte, la falta de locales e instalaciones incide en la atomización de la Biblioteca en multitud de puntos de servicio (bibliotecas de departamentos, cátedras, seminarios, etc.) que debido a la escasez de personal no pueden atenderse debidamente.