En 1868 Covadonga parecía sumida en un sueño sin fin. Tras el abandono definitivo de la construcción del gran proyecto neoclásico de Ventura Rodríguez, muy poco se había hecho para evitar la inexorable ruina producto del paso del tiempo y de la caída de grandes piedras del monte Auseva. De nada habían servido las dos visitas reales de los duques de Montpensier en 1857 y de Isabel II en 1858 o las continuas protestas de los peregrinos por el estado de abandono del santuario, pues apenas se llevaron a cabo intervenciones y reparaciones testimoniales.
En el año revolucionario de 1868 tuvo lugar un acontecimiento trascendental para la revitalización de la diócesis asturiana y la recuperación de la devoción mariana en Covadonga: el valenciano Benito Sanz y Forés (1828-1895) fue nombrado titular de la cátedra ovetense. Su primera visita a Covadonga tuvo lugar el 29 de junio de 1872.
Decidido a revitalizar el culto mariano y la vida del santuario en lo que él llamaba "la restauración moral de Covadonga", el obispo solicitó y consiguió de Roma la institución de un oficio y misa para la Virgen y una indulgencia plenaria para quienes visitasen la cueva el día de la fiesta, que trasladó al 9 de septiembre. Emprendió a continuación la tarea de construir una capilla en la cueva para recibir a los peregrinos en tanto se construía una nueva basílica.
Sanz y Forés estableció las medidas que esta capilla y su distribución y encargó el diseño de su alzado a Roberto Frassinelli Burnitz (1813-1887), "el alemán de Corao". Frassinelli, natural de Wurttenberg, había llegado a España a finales de los años 30 y en los años 40 ya había visitado Asturias, tierra de origen de su amigo Benito Miyar. Entonces se dedicaba al comercio de bienes artísticos y libros antiguos y hacía cuidadas ilustraciones de monumentos para publicaciones como "Monumentos Arquitectónicos de España", lo que le familiarizó con la arquitectura prerrománica.
Siguiendo las indicaciones de Sanz y Forés, Frassinelli dotó a la fachada de la capilla de un remate almenado, una arquería en la que se colocaban esculturas de los apóstoles y un triple vano de acceso decorado con medallones y fajas a semejanza de los que presentan las fachadas de Santa María del Naranco. Esta capilla era de madera dorada y ocupaba en la cueva el mismo lugar que la actual. Este camarín vino a sustituir a otro provisional que se había levantado tras el abandono del proyecto neoclásico y que en 1874 estaba bastante deteriorado.
Sanz y Forés siguió las obras con sumo interés y, tras iniciarse los trabajos en abril de 1874, el 6 de septiembre se consagró el altar para la solemne celebración de la festividad de la Virgen. Así abandonó el cabildo del Real Sitio definitivamente la idea de reconstruir "el milagro" medieval y la cueva de la Santina adquirió el aspecto actual.
El siguiente proyecto era la reconstrucción de la Colegiata de San Fernando, gravemente dañada por la caída de rocas en los años 1867 y 1868 que habían obligado al traslado del culto a la sala capitular de la casa de novenas. La ladera del monte se enrasó para evitar la caída de más piedras y el templo fue reconstruido, pero la ornamentación interior hubo de abandonarse al carecer de proyecto. La protección oficial de todo el santuario no llegó hasta el año 1884 con la declaración de la Real Colegiata de Nuestra Señora de Covadonga como monumento nacional.
El proyecto para la construcción de la nueva basílica estaba en la mente de Sanz y Forés desde el mismo momento de la inauguración de la reforma de la cueva, y para ello encargó a Roberto Frassinelli los planos. El inicio de las obras se pospuso, por problemas de financiación, hasta 1877, justo un siglo después del abandono del proyecto de Ventura Rodríguez.
Las obras se iniciaron con la visita del rey Alfonso XII, quien realizó la primera voladura en el cerro de El Cueto para acondicionar una explanada en la que se levantase el templo, frente a la cueva y al lado de las casas de los canónigos. El acto fue simbólico, pero trascendente pues, recién restaurada la monarquía, Alfonso XII visitaba el lugar donde, según Sanz y Forés, había tenido lugar, siglos atrás, "la restauración religiosa y monárquica de España".
En esta ocasión la inspiración altomedieval dejó paso a una arquitectura de transición del Románico al Gótico para la que Frassinelli ejecutó dos proyectos, de los cuales el segundo es el más conocido. Inspirándose en la arquitectura centroeuropea, el alemán diseñó un templo de tres naves con crucero integrado y fachada y cabecera con dos torres cada una que se levanta sobre un gran basamento en el que se encuentra la cripta. Las obras empezaron con la financiación de una colecta popular de toda la diócesis.
Tras el episcopado de Sebastián Herrero Espinosa de los Monteros (1822-1903), que duró un año (1882-1883), fray Ramón Martínez Vigil (1840-1904) fue promovido a la sede ovetense en 1884 y las obras de Covadonga sufrieron un giro significativo. El nuevo obispo consideraba que carecían de planimetrías, ya que Frassinelli no estaba capacitado para trazarlas al carecer de título de arquitecto. A partir de ese momento el arquitecto Federico Aparici y Soriano (1832-1917) se encontró al frente de las obras.
Martínez Vigil y Aparici compartían un mismo criterio arquitectónico: el prelado gustaba de estilo neorrománico y neogótico puesto que, en su opinión, simbolizaban la esencia de la religión cristiana, mientras que Aparici se había formado en la Escuela de Madrid, que a mediados del siglo XIX se inclinaba por las ideas de Viollet-le-Duc.
El arquitecto se encontró con un pie forzado que condicionó y complicó sus trabajos iniciales, puesto que ya se habían levantado el basamento y la cripta y tuvo que incluirlos en sus planos y memoria, donde recogía modificaciones estructurales, para un adecuado contrarresto de empujes, con respecto a lo ya construido. Respetó, eso sí, la elección del estilo neorrománico que, a pesar de no corresponder a la época de la monarquía asturiana, permitía la construcción de edificios de una monumentalidad desconocida en la arquitectura prerrománica.
Se retomaron las obras utilizando la piedra rojiza de la cantera de Peñalba, que después se usó en muchas iglesias asturianas y que pasó a ser conocida como "rojo Covadonga". Paralelamente a la construcción del templo se levantaron tres casas para canónigos, el palacio episcopal y el hotel Pelayo para acoger a los peregrinos. Todo ello siguió los planos de Federico Aparici.
La basílica actual respeta algunas de las ideas de Sanz y Forés y Frassinelli, como la planta, fachada torreada o el pórtico con arquería triple, aunque modifica el remate de las torres y prescinde de las torres de la cabecera. Fue consagrada el 7 de septiembre de 1901 en presencia de los obispos de Tuy, Lugo, Nueva Segovia, Jaca y Oviedo. Al fin Covadonga tenía unas arquitecturas dignas y una figura de protección bajo la declaración de monumento nacional.
Para delimitar el espacio del santuario se levantaron en 1906 unos pilonos y una verja de entrada al recinto. Para mejorar la comunicación entre los principales espacios Víctor García de Castro abrió en 1908 el túnel que parte del hotel Pelayo y llega hasta la cueva, evitando a los peregrinos las antiguas escaleras y conectando la gruta ancestral con la nueva basílica.
El aumento de los peregrinos y la declaración de Parque Nacional de la Montaña de Covadonga el 22 de julio de 1918 hicieron tomar conciencia de la necesidad de nuevos espacios para alojamiento de visitantes. Así se levantó, en los años veinte, el edificio del hotel Favila, obra de Miguel García-Lomas (1888-1943) en colaboración con Urbano de Manchobas Careaga (1887-1968), hoy sede de la Escolanía y el Museo de Covadonga.
Simultáneamente se abrió un debate en torno al camarín de la cueva diseñado por Frassinelli. Había quienes lo consideraban obsoleto, antiestético y aprovechando la visita al santuario del rey Alfonso XIII en 1928 se planteó una reforma para la que el propio monarca se ofreció como mediador con las reales academias. Hubo varias propuestas, pero ninguna se llevó a cabo hasta que los daños provocados durante la Guerra Civil obligaron a su desmontaje definitivo en 1939.
En los años cuarenta, bajo la dirección de Luis Menéndez Pidal (1896-1975) y el patrocinio de Regiones Devastadas, se hizo la última reconstrucción. Se decidió que la imagen de la Virgen estuviese a la vista de los fieles fuera del camarín y que la cueva presentase un aspecto lo más despojado posible de elementos arquitectónicos, aunque debido a las inclemencias del tiempo, se acordó la construcción de una capilla-sagrario en el lugar en el que se habían levantado el primitivo templo medieval y el camarín de Frassinelli. El recuerdo a la monarquía y su vinculación al santuario permanecía vivo gracias a la presencia de los sepulcros de Pelayo y Alfonso I.
Las obras culminaron con la colocación de la exedra del orfebre Juan José García en 1956, una estructura que abraza a la Virgen que parece arropar, proteger de la fría y húmeda piedra a la imagen de la Santina que el cabildo de la Catedral de Oviedo donó a Covadonga para que el santuario de Asturias no quedase huérfano después de aquel pavoroso incendio y que permaneció allí, esperando su proyecto definitivo.
