La seconde salle du Palais Royal remplace celle qui avait brûlé en 1763, rue Valois. Pierre-Louis Moreau-Desproux est l’architecte qui supervise la construction de l’édifice. Il signe ainsi une des premières salles modernes en demi-cercle, et non plus en longueur. Avec quatre rangs de loges, 2 500 spectateurs peuvent assister aux spectacles de l’Opéra. Moreau installe aussi des réservoirs d’eau en cas d’incendie, fort de la malheureuse expérience des années précédentes.
La première représentation est donnée le 26 janvier 1770 avec Zoroastre de Rameau. Cette période de la fin du XVIIIe siècle est pleine de changements et d’agitation pour l’Opéra. Dans la salle, le public est souvent très dissipé - surtout au parterre, où les spectateurs sont debout -, et les forces armées interviennent souvent pour faire régner l’ordre public. Bien que le prix des places soit quadruplé lorsque le roi assiste à une représentation, l’Opéra fait surtout des bénéfices grâce aux bals organisés dans la salle de spectacle. Côté artistique, on assiste à la « révolution musicale » avec l’arrivée de Gluck. C’est lui qui propose de faire baisser le rideau entre chaque acte pour les changements de décors, alors que jusque-là, les manipulations étaient faites à la vue des spectateurs. En 1774, on donne son Iphigénie en Aulide et Orphée et Eurydice puis en 1776, Alceste ; une véritable querelle entre Piccinnistes et Gluckistes éclate alors, et ne prend fin qu’en 1781 avec l’incendie de la salle du Palais Royal.
Sur ce fond d’affrontements naissent les premiers opéras pantomimes, qui remplacent l’opéra-ballet, dès décembre 1770 avec Ismène et Isménias de Jean-Benjamin de Laborde, première pièce écrite pour la nouvelle salle. Le ballet de Noverre, Les Petits Riens, donné à l’été 1778, a été composé par Mozart et connaît un grand succès en comparaison de l’opéra de Piccinni, Le finte gemelle, qui est à l’affiche de la même représentation. Le directeur, De Vismes, engage de nombreuses personnes pour travailler à l’Opéra (elles sont 280 en 1770), dans la perspective de le renouveler. Ses efforts de réforme se heurtent aux difficultés financières, et le violent incendie du 8 juin 1781 vient y mettre un terme. Cet accident fait 12 morts, et tous les décors sont perdus.
L’architecte de la reine, Lenoir, propose de rebâtir une salle en trois mois ; en attendant, l’Opéra s’installe dans l’Hôtel des Menus-Plaisirs.