Dans les années 1960,
la reconstruction du bâtiment est incluse dans un projet immobilier auquel appartient la tour Montparnasse, construite sur l'emplacement de l'ancienne gare.
La nouvelle et la troisième infrastructure, conçue par les architectes
Eugène Beaudouin, Urbain Cassan, Louis de Hoÿm de Marien, Raymond Lopez et Jean Saubot,
est reconstruite à quelques centaines de mètres en retrait par rapport au boulevard du Montparnasse,
reprenant ainsi la configuration des projets d’extension déjà proposés dans les années 1930.
L'espace alors laissé vacant est occupé aujourd'hui par la tour Montparnasse avec son centre commercial.
La gare est composée de trois zones :
Films tournés à la gare Montparnasse
· 1986 : Maine Océan (Jacques Rozier). Au début du film, Dejanira (Rosa-Maria Gomes) court du hall de la gare vers le quai du train rapide Maine-Océan dont le départ est imminent.
· 1987 : Quatre aventures de Reinette et Mirabelle (Éric Rohmer). Dans le troisième conte, Le mendiant, le cleptomane, l'arnaqueuse, l'arnaqueuse (Marie Rivière) aborde Reinette (Joëlle Miquel) dans le hall de la gare pour lui demander de l'argent afin prétendument d'acheter son titre de transport.
· 1998 : Le Dîner de cons : François Pignon (Jacques Villeret) et Jean Cordier arrivent à la gare Montparnasse au début du film.
· 2011 : Hugo Cabret de Martin Scorsese (reconstitution de la gare dans les années 1930