Nel 1965 la direzione incarica l'architetto Carlo Mollino (1905-1973). Esalta lo spazio curvilineo dei palchi del teatro barocco anticipando sin dal foyer un sistema curvilineo avvolgente che culmina nell'"ostrica" della platea. Mollino pianifica anche una sala per concerti al di sotto del portico, il Piccolo Regio, che viene tuttavia drasticamente trasformato negli anni successivi. Per quanto riguarda la sala, gli interventi guidati da Roberto Gabetti e Aimaro Isola, con il fine di migliorarne l'acustica, comportano la drastica trasformazione del boccascena e la surrogazione dei rivestimenti. Lo spazio anteriore alla prima entrata viene invece bloccato da una cancellata creata dall' artista Umberto Mastroianni.