1891年的重建文书
1891年3月14日，教宗利奥十三世颁布《Ut mysticam》，正式确认梵蒂冈天文台的重建与扩充。文书认可已经拟定的章程、管理委员会和人员分工，并拨款保障运行，使这项事业有持续的制度与经费支持。教宗还明确把支持天文学研究与回应“教会反对科学”的指责联系起来。
这一重建已有实际准备。1888年教宗晋铎纪念展览汇集了一批气象、地球物理和天文仪器，随后集中安置在梵蒂冈。巴尔纳伯会神父弗朗切斯科·登扎担任负责人，朱塞佩·莱斯等人参与工作。理查德·格雷戈里1894年的当时报道把新机构的工作起点追溯到1889年，1891年文书则给予正式确认。
风之塔与利奥城墙上的摄影仪
最初仪器安置在格列高利十三世时期的风之塔。这个地点能延续早期观测传统，却受到周边建筑及圣彼得大教堂穹顶遮挡。重建文书因此将邻近利奥城墙上一座位于梵蒂冈山高处的坚固塔楼也交给天文台，并在其上安置大型恒星摄影赤道仪。
1891年，摄影望远镜及直径8米的旋转圆顶装上利奥塔。厚实墙体、拱顶和开阔视界共同满足了长时间曝光所需的稳定条件。仪器与巴黎主持的国际摄影巡天采用相同基本规格，使不同地点的底片可以按照统一方法处理和比较。
最初几年的观测记录
早期梵蒂冈天文台兼做天文学、气象、地磁和地球动力学研究。登扎与同事既使用自动记录仪连续保存气象变化，也作人工观测；磁学仪器用于测定地磁要素的绝对值及其变化。第一批出版物从1891年开始发行，使外部研究者能够检查工作内容。
莱斯把摄影观测逐步纳入日常工作，并到巴黎学习恒星摄影与底片位置量测。1894年开始拍摄星表所需底片，1900年开始星图摄影。最初几年，他在利奥塔隔夜工作，与工程师曼努奇合作；后者调离后，长期摄影任务主要由莱斯承担。
国际《天图》计划怎样运作
登扎争取天文台参加巴黎组织的《天图》合作计划，承担赤纬+55°至+64°的一带星空。计划包含两项不同成果：较短曝光形成记录恒星位置与亮度的摄影星表，目标达到约11等；较长曝光则制作达到约14等的星图。恒星的等级数越大，光越暗，后者因而需要更长曝光。
为区分真实恒星和底片瑕疵，星图底片可采用三次各40分钟曝光，并轻微移动望远镜，使同一颗星留下小三角形状的三个像。底片上还先摄入细网格，作为位置测量的参照。这样，望远镜拍照只是第一步，后续量测和归算才把图像转成可发表的观测数据。
参考：[2]
从底片积累到星表出版
莱斯的长期摄影积累，为星表测量提供了底片。1906年接任台长的约翰·格奥尔格·哈根，将测量和编目列为重点。他考察其他天文台的作法，购置汉堡Repsold公司的测量机，并组织修女参与底片量测；底片需以相反方向重复测定，以检查恒星位置与像径。
这一分工把夜间观测、精密测量、数值计算和印刷校对串联起来。记录481215颗恒星亮度及平面坐标的十卷星表，自1914年起陆续印刷，至1928年完成。曝光更长的星图部分随后继续进行，形成另一系列成果。
参考：[2]
1930年代迁址是另一个阶段
哈根1930年去世后，约翰·威廉·施泰因接任。罗马城市灯光与增添仪器所需空间，推动天文台考虑新址。1931年末，工作人员在冈多尔福堡试拍星迹和双星，检查大气与成像条件；1932年开始建设新的台站。
1935年9月29日，庇护十一世主持冈多尔福堡新天文台落成仪式，当年的耶稣会科学家协会会刊留下了现场活动及讲话记录。新址配备蔡司望远镜和摄影测量设备，扩展了变星与天体物理研究。迁址让既有摄影观测计划获得更好的环境，也为新的天体物理工作增加设备和空间。