لم يكتفِ سانتياغو برنابيو بما تم تحقيقه مع ملعب نويبو تشامارتين (تشامارتين الجديد)، وظلت الأفكار الجديدة تتوارد إلى ذهنه لتحسين الملعب وتكييفه مع متطلبات القاعدة الجماهيرية المتنامية للنادي. وفي المرحلة الثانية من التشييد، التي بدأت في عام 1952، كان الهدف الرئيس هو الوصول إلى طاقة استيعابية لـ 125 ألف متفرج وتزويد المكان بأحدث المعدات الممكنة.

افتُتح الملعب بسعته الجديدة في يونيو 1954. وفي 1955، قرر الأعضاء بالإجماع إطلاق اسم سانتياغو برنابيو على الملعب. استمرت الأشغال لاحقاً لمواصلة تحسين الملعب الذي أصبح، في 1957، الملعب بأفضل إضاءة في العالم. وفي 1965، اكتملت عملية نقل جميع مكاتب النادي، التي كانت قد تنقّلت في عدة أماكن منذ إنشاء النادي، إلى المنشآت الحديثة للملعب.

كان سانتياغو برنابيو أهم ملعب في إسبانيا وكان جاهزاً لاستضافة الفعاليات الدولية المهمة مثل مونديال 1982.