W latach 1929–1930 wyburzono dwa najstarsze budynki pochodzące z 1872 i 1900, a następnie wzniesiono nowy dworzec z halą peronową przykrywającą większość krawędzi, dwie podłużne dwutorowe hale w miejscu dawnej parowozowni wachlarzowej z 1872 oraz przeładownię towarów z wagonów wąskotorowych na normalnotorowe. Perony 2, 3 i 4 obsługiwały kursy krajowe (wewnątrzniemieckie), natomiast pociągi z peronu 1. kursowały do Polski (stąd też wzięła się jego potoczna nazwa „peron polski”).
Od 1936 do 1939 w Bytomiu kończył swój bieg jeden z najszybszych pociągów ówczesnych Niemiec – tzw. „Latający Ślązak”. Był to trójwagonowy zespół motorowy kursujący pomiędzy Berlinem a Bytomiem. Pokonywał on tę trasę ze średnią prędkością 128 km/h (maksymalnie pociąg osiągał 160 km/h). Umożliwiało to przedostanie się z jednego końca trasy na drugi w ciągu zaledwie 4 godzin i 25 minut.
Budynek i hala peronowa mały|Hala peronowa bytomskiej stacji przed modernizacją, w 2014 roku thumb|Hala peronowa w 2024 roku