Nieprzystosowany do tego typu działalności budynek nie pozwalał na eksponowanie większych i cięższych maszyn i urządzeń, które gromadzono w magazynach dworcowych. Dlatego w planach przewidywano budowę docelowej siedziby w miejscu obecnego Stadionu Narodowego.
Okres powojenny W okresie powojennym próbę ponownego zorganizowania Muzeum podjęto w 1946. Początkowo zaczęto gromadzić dokumenty i eksponaty w Pilawie. Pozyskaną, niewielką ilość zbiorów, przeniesiono do Bytomia. Na przełomie lat 1956–57 działalność Muzeum ustała.
Decyzję o kolejnym powołaniu Muzeum Kolejnictwa podjął Minister Komunikacji w 1972, wyznaczając na jego siedzibę Dworzec Warszawa Główna Osobowa. Obiekt został otwarty 11 września 1973. Na jego pierwszą ekspozycję składały się 93 eksponaty, w tym 40 lokomotyw, z których 9 ustawiono na wolnym powietrzu. Ekspozycja nosiła tytuł Kolej Warszawsko-Wiedeńska i koleje dziś.