W 1945 do funkcji centralnego dworca dla stolicy postanowiono zaadaptować dawny dworzec towarowy Kolei Warszawsko-Wiedeńskiej, obsługujący m.in. zakłady przemysłowe na Woli. 2 lipca 1945 oddano do użytku prowizorycznie zaadaptowany na tymczasowy dworzec budynek dawnych magazynów. Posiadał on jeden peron z dwoma torami. W pierwszej hali umieszczono 10 kas, w drugiej poczekalnię dla pasażerów wraz z punktem PCK i ambulatorium, bufet oraz jadłodajnię Stołecznego Komitetu Opieki Społeczne. Obiekt przystosowano do funkcji czołowego dworca pasażerskiego, budując perony i wiaty oraz wznosząc w latach 1945–1946 budynek dworcowy według projektu Wiktora Ballogha. Został on oddany do użytku 12 lipca 1946. Kończył on linię zbierającą, za pośrednictwem Dworca Warszawa Zachodnia, ruch dalekobieżny i podmiejski z kierunku Poznania, Katowic i Krakowa. Od strony miasta do budynku dworca prowadziły dwa wejścia: główne od strony południowej i pomocnicze od strony północnej. Na perony prowadziły dwa wyjścia w zachodniej części hali. Kilka lat później do hali dobudowano dwa pawilony, pomiędzy którymi powstały trzy grupy torów. Na dworcu mieściły się m.in. Biuro Obsługi Podróżnych, Izba Matki z Dzieckiem, świetlica dla młodzieży szkolnej, zakład fryzjerski oraz punkt sanitarny.
Rozwiązanie to było planowane jako tymczasowe, jednak Warszawa Główna pełniła funkcję głównego dworca kolejowego stolicy przez ponad 20 lat, do uruchomienia Dworca Centralnego. W 1967 roku, dzięki rozbudowie warszawskiej linii średnicowej, część pociągów dalekobieżnych zaczęła ponownie kursować z pominięciem Warszawy Głównej.
W 1972 utworzono Muzeum Kolejnictwa, wyznaczając na jego siedzibę dworzec Warszawa Główna Osobowa. Zbiory prezentowano w dwóch salach, a tabor w wydzielonych miejscach na terenie stacji[9].
Dworzec został zamknięty dla ruchu osobowego 29 maja 1976, kilka miesięcy po oddaniu do użytku Warszawy Centralnej. Od tej pory Warszawa Główna obsługiwała jedynie pociągi elektryczne w kierunku Warki, Radomia, Skarżyska-Kamiennej i Kielc. Ruch pasażerski ostatecznie wstrzymano w 1997, a w ciągu kilku następnych lat rozebrano większość peronów i torów stacyjnych. Ruch towarowy został już wcześniej przeniesiony na stację na Odolanach, a większość bocznic została rozebrana.