Etter århundreskiftet ble sykehuset en del av St. Elisabethsøstrenes eiendom, og i 1908 ble sykehuset ombygd etter tegninger av arkitekt Axel Guldahl. Etter denne ombygningen ble kirken omgjort til kapell, mens sykehuset fikk mellom 50 og 60 sengeplasser drevet av elleve søstre og en prest. Sistnevnte hadde samtidig tjeneste som sogneprest for Jesu Hjerte kirke frem til 1929. Sykehusets søstre bodde etter denne ombygningen på hybler i byggets fjerde etasje. Sykehuset ble senere utvidet en rekke ganger, hvor siste større utvidelse skjedde i 1953. Bygningen hadde da et areal på om lag 6 100 kvadratmeter. I 1970 ble sykehuset lagt under Sør-Trøndelag fylke og Regionsykehuset i Trondheim, mens St. Elisabethsøstrene drev sykehuset frem til 1982. Etter dette ble St. Elisabeth hospital drevet som hjerteklinikk og klinikk for dagkirurgi under St. Olavs hospital.