A la suite de la transformation du couvent des Récollets en établissement hospitalier, la chapelle est désaffectée et transformée en salle de malades. L'agrandissement de l'hôpital, dans les années 1850, permet de la rendre au culte : la décision, prise en 1859, devient effective en 1862. Son mobilier et sa décoration intérieure sont alors entièrement refaits, sous la direction de l'abbé Jules Degoût, aumônier de l'hôpital de 1857 à 1881. Les premiers projets de réaménagement remontent à la fin des années 1850 (plan du pavement du sanctuaire, par Gilson, 1859). Ces projets se concrétisent rapidement, comme en témoigne la date 1863 inscrite sur la grille en ferronnerie de la tribune. Ce décor du 19e siècle forme un ensemble bien conservé, avec en particulier les peintures murales qui couvrent l'ensemble de la chapelle, y compris la fausse-voûte. Certains éléments connus par les archives sont toutefois perdus, ou n'ont pas été réalisés : cf. en particulier, le projet de stalle de célébrant fourni en 1867 par les frères Laumonier (également sollicités par la paroisse Saint-Aspais pour l'autel de la Vierge).