I bombardamenti aerei del 1943 devastarono la vicina chiesa di Santa Maria della Cava, risalente al Settecento, e causarono numerosi danni anche alla Rotonda stessa (andarono perdute, ad esempio, le merlature del prospetto meridionale ancora visibili in diverse fotografie degli anni '30). Tra gli anni quaranta e cinquanta vennero quindi effettuati alcuni lavori di consolidamento delle strutture. La direzione dei lavori fu affidata a Guido Libertini, che non risparmiò però né le strutture ecclesiastiche né alcuni preziosi affreschi pur di mettere in luce le strutture romane. Libertini suggerì la seguente cronologia: