Numerosi tentativi furono esperiti sia dalle autorità locali, che da quelle nazionali, che dalla comunità astronomica, per risollevare le sorti dell'astronomia bolognese. Barnaba Oriani offrì la direzione della specola a Giuseppe Piazzi (1746-1826), già direttore dell'Osservatorio di Palermo e a J.G.F. Bohnenberger (1765-1831), astronomo di Tübingen, ma né l'uno né l'altro accettarono. Accettò invece Ottaviano Fabrizio Mossotti (1791-1863) matematico, fisico e astronomo di gran merito, ma la nomina offertagli dal cardinale Opizzoni nel 1835 non venne ratificata dal governo pontificio, a causa delle sue idee liberali e della sua partecipazione alle congiure milanesi del 1821. Così, nonostante la presenza nella specola di abili astronomi, come Franceso Bertelli (1794-1844), Gaetano Ceschi (?-1845) e Domenico Piani (1782-1870), l'attività si ridusse alla compilazione delle sole Ephemerides, la cui pubblicazione cessò, tuttavia, nel 1844, resa inutile dal grande sviluppo delle analoghe pubblicazioni redatte a Berlino, Londra e Parigi.
Questo lungo periodo di decadenza venne interrotto solamente per pochi anni durante le brevi direzioni di Pietro Caturegli (1786-1833), di Ignazio Calandrelli (1792-1866), di Lorenzo Respighi (1824-1899) e di Jacopo Michez (1839-1873). La strumentazione venne moderatamente rinnovata con l'acquisizione di un quadrante mobile di Mégnié (a. fine XVIII sec.), che aveva vinto un premio all'Academié des Sciences di Parigi [scheda 15], di uno strumento dei passaggi di Reichenbach, Utzschneider und Liebherr [scheda 20] - installato nella Sala meridiana al posto dell'ormai secolare strumento di Sisson - e di un cerchio meridiano di Ertel & Sohn [scheda 22]. Questo cerchio meridiano di buona fattura, nonostante necessitasse della massima stabilità, venne posto nella torre a ben 37 m di altezza dal suolo, il che ne rese difficile e poco accurato l'utilizzo, tanto che Respighi finirà per usarlo esclusivamente come strumento zenitale.
"Il Respighi - scriverà Giovanni Schiaparelli (1835-1910) - di cui tutti noi astronomi italiani veneriamo la memoria, con gli scarsi mezzi allora esistenti nel quasi abbandonato Osservatorio e con gli altri che seppe presto procurarsi, trovò modo di fare importanti scoperte: tre comete portano il suo nome (1862 IV, 1863 III e 1863 V, nota di Rajna, op. citata) e le sue ricerche teoretiche sull'Ottica, le sue determinazioni di latitudine e di magnetismo terrestre, l'inizio delle sue osservazioni sulla scintillazione delle stelle, le prime applicazioni del suo metodo speciale di osservare le stelle zenitali per via di riflessione nel bagno a mercurio, i suoi lavori di Climatologia bolognese, mostrano quanto si possa fare con poca suppellettile da un uomo veramente animato da spirito scientifico". Trasferitosi nel 1865 Respighi alla direzione del pontificio Osservatorio del Campidoglio a Roma per non aver voluto prestare giuramento al nuovo sovrano d'Italia, tennero provvisoriamente la direzione il bolognese Alessandro Palagi (1811-1889) e il ravennate Antonio Saporetti (1821-1900), fino alla nomina del padovano Jacopo Michez, che si occupò di meccanica celeste, con alcuni studi sulle perturbazioni indotte dai pianeti sulla cometa di Biela, di magnetismo terrestre e delle sue variazioni durante le eclissi solari. La sua morte immatura lasciò nuovamente scoperta la direzione della Specola.
"L'astronomia rimase rappresentata in Bologna - scriverà Rajna (152) - dall'ingegno potente, originale (se non del tutto calmo e ordinato) e dalla vasta dottrina di Quirico Filopanti, il quale non appartenne mai all'Osservatorio e dopo il 1864 non ebbe più, per motivi che gli fanno onore, una posizione ufficiale nell'Università". Giuseppe Barilli (1812-1894) - lo pseudonimo Quirico Filopanti fu da lui stesso scelto nel 1837 - meccanico e fisico, aveva fatto parte della Costituente della Repubblica Romana e Garibaldi, con cui aveva combattuto nel Trentino, lo chiamava suo "maestro e professore dell'infinito". Caduta la Repubblica si era rifugiato in Inghilterra dove ritornò nel 1861 per ricoprire la cattedra di Meccanica e Fisica all'Università di Bologna, che già aveva ottenuto nel 1848. Da questa cattedra fu tuttavia nuovamente allontanato nel 1864, essendosi rifiutato di prestare giuramento al nuovo governo. La Specola si ridusse, negli ultimi anni del secolo e nei primi del successivo, a compiere le sole osservazioni meteorologiche, fino alla nomina alla direzione del già ricordato Michele Rajna, allievo di Schiaparelli. "Nominato io sottoscritto direttore e titolare della cattedra di Astronomia in febbraio del 1903 - scrive Rajna al Rettore della Regia Università di Bologna nel 1906 - ho naturalmente studiato da vicino le condizioni dell'Osservatorio...è da respingersi assolutamente l'idea di nuovi impianti nella vecchia torre...Ma se si vuole - come si deve volere a Bologna - un vero Laboratorio astronomico, una Specola cioè dove si facciano osservazioni realmente utili e dove si possa tener dietro ai progressi della scienza, la sede attuale deve essere abbandonata". La nuova sede suggerita da Rajna era la Villa Aldini, a 250 m sul livello del mare. Il progetto, iniziato con l'acquisto di uno strumento dei passaggi di Bamberg, non fu condotto a termine per il sopravvenire di una malattia e quindi della sua morte immatura, nel 1920.
Gli succedeva Guido Horn-d'Arturo (1879-1967), già suo assistente dal 1912, il quale continuò l'iniziativa del predecessore per l'erezione di una stazione osservativa sull'Appennino bolognese. Nel 1915 Adolfo Merlani, appassionato astrofilo e già assistente alla cattedra di Analisi Matematica, aveva donato all'Università di Bologna un ettaro e un quarto di un suo terreno sul Monte Donato (240 m s.l.m.), affinché vi venisse costruita una stazione osservativa. Purtroppo il terreno si era rivelato in buona parte riportato per antiche fortificazioni e quindi franoso: il progetto venne così abbandonato. Tuttavia, nel 1925 la vedova Merlani lasciò all'Osservatorio la cospicua somma di trecentomila lire, per onorare la memoria del marito con l'acquisto di un grande telescopio. Horn-d'Arturo iniziò allora le trattative con la ditta Karl Zeiss di Jena per la costruzione di un telescopio riflettore da 60 cm di diametro (F/3,5), di ottima qualità. Lo strumento arrivò a Bologna nel luglio 1933, racchiuso in nove casse del peso complessivo di 60 quintali. Nel frattempo l'amministrazione universitaria aveva acquistato due ettari di terreno sul monte Orzale, a 800 m sul livello del mare, presso il paese di Loiano, a circa 40 km da Bologna. Il 15 novembre 1936 fu inaugurata la nuova stazione osservativa e il 21 dicembre dello stesso anno fu effettuata la prima fotografia con il nuovo telescopio. Prima del riflettore Zeiss era stato acquistato un piccolo equatoriale di Watson e Conrady da 15 cm, poi utilizzato come cannocchiale di guida del riflettore Zeiss, e un astrografo da 14 cm di apertura. L'osservatorio possedeva, dalla fine del secolo precedente, un cannocchiale di Steinheil di 162 mm di apertura e 260 cm di lunghezza focale [scheda 48], provvisoriamente installato su di una montatura in legno da Tacchini, che lo aveva utilizzato per osservare in India il passaggio di Venere sul disco solare. L'obiettivo di questo cannocchiale lo troveremo montato sul telescopio di guida del rifrattore Zeiss. Merito indiscusso di Horn-d'Arturo - oltre alla completa rivitalizzazione della Specola bolognese e al suo rinnovato inserimento nei circuiti internazionali della ricerca - fu, senza alcun dubbio, l'idea di ovviare alla difficoltà di lavorare otticamente superfici di grandi dimensioni mediante la realizzazione di uno "specchio a tasselli". Praticamente la stessa tecnica utilizzata dagli americani in questi ultimi anni con il Multi Mirror Telescope e con il telescopio Keck, consistente nel comporre una grande superficie riflettente utilizzando numerosi piccoli "tasselli" di identica curvatura sferica (153). Il primo specchio realizzato da Horn-d'Arturo misurava 1 m di apertura e 10,5 m di lunghezza focale e fu collocato nella sala superiore della torre - l'attuale "Sala della Torretta" nel museo - in corrispondenza di un foro di 1,2 m praticato nel tetto fin dal 1725 e che serviva per compiere osservazioni zenitali con i lunghi tubi cannocchiali. Per la realizzazione del secondo specchio, costituito da 61 tasselli, per un totale di 180 cm di apertura, furono invece traforati quattro piani della torre, sotto alla piccola cupola a ponente in cui era stato alloggiato il cerchio meridiano di Ertel & Sohn, ottenendo un cilindro di 24 m di altezza e 2 m di diametro. Mediante questo strumento - recentemente ripristinato nella sua sede [scheda 50] - e con la collaborazione di Giovanni Battista Lacchini e dei tecnici della Specola, Aldo Galazzi e Orfeo Fusi Pecci si ottennero diverse decine di migliaia di esposizioni fotografiche, compiendo una rassegna sistematica del cielo zenitale di Bologna. Nei 6 minuti e 45 secondi in cui la lastra - usualmente una "Cappelli ultrasensibile" - era in grado di seguire il moto del cielo, si riuscivano a fotografare stelle fin oltre la diciottesima magnitudine e vennero così scoperte una decina di nuove variabili. Tra le lodevoli iniziative di Horn-d'Arturo vanno segnalate la sua cura per la biblioteca, sia quella contemporanea che quella storica - da lui notevolmente ampliata - il salvataggio di gran parte della strumentazione storica e la fondazione della rivista di divulgazione astronomica Coelum, il cui primo numero uscì nel gennaio del 1931 e che ha sospeso le pubblicazioni dopo 55 anni, nel 1986.
Con la fine della direzione di Horn-d'Arturo, avvenuta nel 1954, possiamo considerare conclusa la nostra storia, essendoci portati troppo vicino ai contemporanei e quindi troppo vicino a momenti di vita, astronomica e non, vissuta dagli autori, il che ci condurrebbe quindi a scrivere di cronaca e non più di storia.