現在の草薙球場のメインスタンドは前述の通り1973年の竣工で、2006年当時で既に築33年を越えて老朽化が著しくなっていた。それに加えフィールドは両翼91m、中堅115mと狭隘でプロ・アマチュアとも規格を満たさず、同年当時のプロ野球公式戦開催球場の中では最も中堅が狭いなど競技上の問題点も多いことから、静岡県内の政財界関係者と競技関係者により構成される静岡県野球協議会は同年春から夏にかけて「草薙球場の改築」もしくは「新しい県立球場の建設」を求める署名活動を行い、同年7月までに約15万人の署名を集め静岡県に提出した。この署名活動では施設改善と共に、室内練習場の整備など練習施設の増設、静岡県内の野球史に関する展示施設の設置なども併せて要望した。また一部では、新施設をドーム球場として建設するよう求める動きもみられた。一方、総合運動場内の当時の運動施設率は、都市公園法で定められた施設面積（50%以下）の規定ぎりぎりの49.77%となっていた。加えて、球場と共に老朽化が進んでいた静岡県草薙総合運動場体育館（1966年竣工）の建て替え問題も絡み、建設用地の確保が大きな課題となっていた。こうした事を受け、静岡県は2007年6月19日、総合運動場南西側に隣接していた静岡学園中学校・高等学校の校地（約2.4ha）を取得して運動場の園地を拡張する計画案を発表、同校に対し申し入れを行った。当時、静岡県は静岡市内に所在する静岡県立静岡工業高等学校と静岡県立清水工業高等学校の工業高校2校を2008年春に統合する予定で、閉校後の静岡工高の校地（約3.1ha）へ静岡学園を移転させた上で園地拡張を図る案を示した。これに呼応して静岡学園は移転先の最寄駅となる静鉄静岡清水線音羽町駅周辺の道路整備などを条件に、校地の譲渡を決定。2008年3月24日に基本協定を締結、その後手続き等を経て2009年4月に正式に校地の移転が決まった。なお、両校の統合後は静岡県立科学技術高等学校となり、静岡市葵区長沼へ移転した。静岡県は静岡学園との話し合いが合意できる見通しとなった事などを踏まえ、2008年2月に総合運動場の再整備基本構想を発表した。構想では静岡学園の跡地を緑地公園に整備して園地を拡張し、施設の新設・拡張のための規定をクリアさせた上で、草薙球場の改修などに順次着手。老朽化した草薙体育館は耐震補強などを行った上で存続し、将来的には静岡市内もしくは静岡県中部の他地区への移転を検討することが方針づけられたが、このうち体育館に関しては2010年1月になって静岡学園跡地で建て替える方針に転換され、同年6月11日に最終方針として正式決定した。草薙球場の大規模改修事業は2009年度から検討・設計が進められ、実際の改修は2010年度から3箇年計画で2013年夏の竣工を目標に実施されることになった。静岡県都市局公園緑地課の関係者は改修事業着手の際、全面完工の時期が同年夏の高校野球県大会に間に合うかどうかは「未定」としながらも「高校野球に限らず、利用者に最もメリットがある改修スケジュールを設定したい」としていた。まず第1期工事は2010年春に着工し、2011年3月に完工した。なお2010年のプロ野球は3月13日のオープン戦・楽天対ヤクルトと、3月18日の読売ジャイアンツ対中日ドラゴンズの2試合が開催された。また、草薙球場は全国高等学校野球選手権静岡大会のメイン開催球場となっているが、同年はこの改修工事のため使用せず、メイン球場は浜松球場に振り替えられた。第1期ではまず事業費約10億円を投じ、内野スタンドの耐震補強を行うと共にユニバーサルデザインを重視した設備を導入した。ダッグアウトやロッカールーム、トイレなどスタンド下の諸室を改修した他、スタンド三塁側にはバリアフリー化を図るためエレベーターを新設してスタンド上段に車椅子席を設けるなど設備の充実を図り、完工後の2011年春から7月中まで暫定供用を行った。この間に前述の都市公園法の規定をクリアするため静岡学園旧施設の解体・撤去を行い、運動場の園地へ編入する措置が取られた。なお暫定供用の間、プロ野球は3月のオープン戦は開催見送りとなったが、公式戦は当初予定の横浜対楽天1試合、ヤクルト対巨人1試合に加え、後述する4月のヤクルト対巨人3連戦が追加されて計5試合、アマチュアにおいても7月中旬の全国高等学校野球選手権静岡大会などの主要大会がそれぞれ開催された。第2期工事の設計は2011年3月中に実施し、夏季の高校野球静岡大会終了後の8月に着工。この間2012年1月から3月中旬にかけて再び仮供用を行った後、改修工事の間はグラウンドの供用を完全に中止した（内野スタンド下の諸室、屋内ブルペンは工事期間中も引き続き供用）。なお、同年の高校野球静岡大会のメイン開催球場は沼津市の静岡県営愛鷹球場に振り替えられた。この第2期工事では旧来の外野スタンド・バックスクリーン・スコアボードなどの構造物を撤去して両翼100m、中堅122mにフィールドを拡張したのをはじめ、大型映像装置を備えた全面LED方式スコアボード（三菱電機製オーロラビジョン）を設置した他、改築された外野スタンドは全席ベンチ席（座席数7,000席）とし、静岡県産の木材を原料とした圧縮木材を座席の素材に採用した。また一、三塁側から両翼ポール際にかけてのファウルエリア沿いには床面をグラウンドレベルまで掘り下げた「ウイングシート」（座席数計1,000席。建設時の仮称は「砂かぶり席」）を新設し、内外野の総座席数を約22,000席とした。正面ロビーには新たに「栄光の静岡野球コーナー」が開設され、静岡県内のアマチュア野球の歴史や県内で開催されたプロ野球、県出身プロ選手などに関する資料が展示されているほか、三塁側の展示コーナーでは1971年の旧スタンド撤去に際して残されたホームベース跡も拝観でき、いずれも無料で見学できる。これら第2期工事の事業費には約34億円を要した。そして硬式野球場の改修は2013年6月上旬に全工程を終え竣工し、6月15日付で完工し引き渡しが行われ、6月22日の一般公開イベントから本格的に供用を再開した。この改修完工に合わせ、2年ぶりとなるプロ野球公式戦として、6月29日・6月30日のヤクルト対巨人2連戦と、8月22日のDeNA対阪神1試合の計3試合の開催日程が編成された（但し後者のDeNA対阪神は雨天中止）。6月29日の試合前にはリニューアル記念式典が執り行われ、後述の澤村榮治とベーブ・ルースの銅像の間に新設された、富士山を模った木製モニュメントの除幕式が行われた。モニュメントには改修を機に採用した愛称「澤村 - ベーブ・ルース Memorial Stadium」の表記がある。また現在の草薙体育館が全面改築するのに合わせ、旧体育館の跡地そばには50m四方の屋内運動場が新たに整備された。同年10月に全面竣工し、11月上旬から供用開始、11月16日から一般利用を開始した。屋内練習場の整備事業には約4億円を要した。これに合わせ11月10日には12球団合同トライアウトが開催された（運営は中日が担当）。約1万人の観衆を集め、午前中の一部メニューは硬式野球場で実施されたものの、折からの雨天のため各メニューは屋内運動場へ移動して実施され、非公開となった。また、後述するプロ球団のキャンプ地誘致やプロ球団の誘致・創設などの構想に関しては、改築竣工後の収容人数が22,000人と少なく、物販スペースや貴賓席など付帯設備の追加設置も必要となることなどから、県側は「これ以上予算は組めないと思う。（仮にプロ野球の拠点を誘致するのであれば）球団が費用を負担しないと難しい」との見方を示している。