Mostenind Mogosoaia, Zoe Mavrocordat-Brancoveanu se va casatori cu Gheorghe Bibescu (1802 - 1 iunie 1873), domn al Tarii Romanesti (1842-1848), in istoria palatului incepand o noua perioada de renastere, sub semnul familiei Bibescu, care il va stapani pana in 1947. Pasionat constructor, domnitorul Gheorghe Bibescu se va ocupa, intre 1842-1848, de restaurarea palatului de la Mogosoaia, concomitent cu aceasta inaltandu-si un impozant palat la Baneasa, ramas neterminat. Revolutia de la 1848 va duce abdicarea domnitorului si exilul sau in Franta.

Mogosoaia va ramane in proprietatea celui de-al doilea fiu al sau si al Zoei Brancoveanu, Nicolae Bibescu (1830 - 1 iunie 1890), care va continua renovarea palatului in perioada 1860-1880, apeland la serviciile unui arhitect francez. "Cu aceasta din urma ocazie - nota arhitectul Grigore Ionescu - aspectul exterior al palatului se schimba, prin aceea ca arhitectul francez reface fatada dinspre miazanoapte adaugand unele incaperi si decorand-o cu patru coloane aduse de la celalalt palat brancovenesc, din Potlogi, inalta intregul edificiu, construind o cornisa noua, formata dintr-o serie de arcusoare lombarde ridicate pe console de piatra si modifica in acelasi timp si forma tuturor ferestrelor, pe care le inalta inlocuind arcul in plin centru cu un trilob".

Asadar, in 1870, s-au efectuat urmatoarele modificari ale palatului din Mogosoaia: largirea aripii de miazanoapte cu un mic etaj II si decorarea fatadei ei cu coloane aduse de la Potlogi; modificarea ferestrelor de la etaj, realizarea cornisei cu console de piatra; acoperirea palatului cu ardezie, in loc de sindrila, cum era inainte; realizarea celor doua balconase de pe fatada dinspre lac, ce incadreaza loggia; zidirea cerdacului de pe fatada apuseana; distrugerea decoratiei interioare si exterioare. E de remarcat faptul ca la renovare s-au folosit materiale luate de la celelalte resedinte brancovenesti: patru coloane de la Potlogi, doua coloane si un boiandruc bogat sculptate ale unei intrari principale, luate de la palatul Brancoveanu-Bibescu de pe Dealul Mitropoliei din Bucuresti.

Cu toate aceste modificari, Nicolae Bibescu nu va sta prea mult timp in palat, el construind alaturi Vila Elchingen, in care va locui impreuna cu sotia sa, Helene Ney d'Elchingen (m.1893) si cu cele cinci fiice ale lor. Tot el va zidi, in parc, capela care va adaposti mormintele ultimilor proprietari ai Mogosoaiei si ale rudelor lor. El se va ocupa cu administrarea mosiei si a fabricii de zahar de la Chitila, pe care a infiintat-o in 1875, lasand palatul in parasire. La moartea sa, in 1890, domeniul va fi administrat de fiica sa Marie-Nicole care, bazandu-se pe ajutorul intendentului de la Mogosoaia, Julian, zis Niko, va reusi sa echilibreze bugetul familiei si sa restaureze prosperitatea Bibestilor. Desi fusese logodita cu printul Arsene Karagheorghevici - care se prezentase la Vila Elchingen cu un buchet de flori si cu o colivie cu doua turturici si fusese dezamagit la gandul ca sotia sa ar putea deveni la fel de obeza ca mama ei -, Marie-Nicole se va casatori cu acest intendent, iar apoi, in 1902, cu Alexandru Darvari.

Din pacate, nici Marie-Nicole Bibescu nu se va ocupa de palat, preferand sa locuiasca in vila cladita de tatal sau. "Pe vremea lui Marie-Nicole - isi amintea Constantin Argetoianu - palatul in ruina fusese lasat mai departe cucuvelelor, iar un fel de oribil "chalet" elvetiano-tiganesc, cladit sub stapanirea lui Nicolae Bibescu-Elchingen, servea de conac de petrecere babei isterice si intregului tacam de venetici ce misunau in jurul Darvarestilor".

Mai grav, sora sa, Elena (Lala) Bibescu (1869-1946), marchiza de Belloy, coproprietara pe mosia Mogosoaia, vanduse 1.600 de pogoane de pamant marelui proprietar agricol Sava Somanescu, oferindu-i chiar, "pentru o suma minima, palatul Brancoveanu, atunci parasit si paraginit, cu lacul de acolo". Cosmopolitul mosier - care isi cladise in Bucuresti, pe strada Clementei (azi C.A. Rosetti) nr.33, o splendida vila, dupa planurile arhitectului Dimitrie Maimarolu, casa ce gazduieste azi Ambasada Vietnamului - a refuzat oferta marchizei de Belloy, palatul fiind astfel salvat, caci "fara indoiala, Somanescu n-ar fi facut ceea ce a facut Martha Bibescu, redand palatului viata, scapand astfel de la pieire unul din putinele monumente istorice pe care le avem, dand in acelasi timp o lectie de respectare a trecutului familiei Bibescu, proprietara palatului".