Durante 30 anos da sua história, entre 1920 e 1950, o AVG integrou uma Estação de Biologia Marítima, a mais importante existente em Portugal durante a primeira metade do século passado.
Em 1940, o edifício e o terreno pertencentes ao Aquário foram reduzidos em cerca de 1/3 da sua área primitiva, devido à construção da estrada marginal Lisboa-Cascais. A crise gerada por esta demolição provocou a separação da Estação de Biologia Marítima e ameaçou a própria existência do Aquário Vasco da Gama, que em 1950 se encontrava muito degradado.
Mas a partir desta altura foi realizado um notável trabalho de recuperação e restauro das instalações, bem como a construção de novos aquários, trabalho que teve continuidade nas décadas seguintes.
Foi durante os anos 50 que, longe dos atuais padrões de bem-estar animal, o Aquário Vasco da Gama apresentou pela primeira vez na sua exposição mamíferos marinhos vivos.
Também nessa década foram construídos 19 pequenos aquários, no corredor de entrada do Aquário, que permitiram enriquecer substancialmente a exposição de invertebrados marinhos. Além disso, foram remodelados os aquários da zona central das galerias da fauna marinha portuguesa, segundo moldes considerados modernos naquela época.
Em 1960 construiu-se um aquário para exibição de lontras vivas, assim como pequenos aquários que albergavam peixes tropicais de água doce.
O Aquário ganhou assim nova vida e abriu ao público nas noites de 4ªas feiras e Sábados, durante os meses de junho a setembro, tendo sido instalada uma faixa sonora de música e iluminado o jardim.
Era assim retomada a sua missão inicial de divulgar as ciências aquáticas e entreter o grande público.