Etter at Østfoldbanen ble åpnet, måtte stasjonen utvides. Toghallen ble bygget større og luftigere, og mot havnen og Jernbanetorget ble det reist to nye fløyer i pusset tegl, tegnet av arkitekt og stadskonduktør Georg Andreas Bull, som tidligere hadde tegnet Vestbanestasjonen. Bygningen har rikt fasadeutstyr i nyrenessanse. Den utvidede Østbanestasjonen sto ferdig i 1882.