København Station [1864-1911]
I løbet af 1850'erne kom der planer for at få udbygget jernbanenettet og bedre sammenhæng mellem en kommende nordgående bane med den vestgående til Roskile. Indenrigsminister Orla Lehmann forsøgte sig med et forslag om at anlægge en ny station tæt ved den gamle Nørreport, men forslaget blev opgivet på grund af modstand fra Rigsdagen. Det endte med, at man besluttede sig for at opføre Københavns anden banegård ikke langt fra den første. Det første spadestik blev taget i 1863 og banegården blev åbnet i 1864. Banegårdens placering var stadig i et landligt område, og jernbanedirektør Viggo Rothe fik også opført en direktørvilla tæt på banegården. Den nye banegård skulle servicere de nye Klampenborg- og Nordbanen.
Arkitekten bag banegården var J.Den Herholdt i den for tiden nye rundbuestil, der nu holdt sit indtog i arkitekturen. Arkitekten var sekunderet af Vilhelm Tvede, som var hans konduktør og tegnede selv et par bygninger på området. Træbuekonstruktionen blev tegnet af tømrermester Johan Vilhelm Unmack.
Efter at krisloven om frit demarkationsterrænet uden for voldene var opgivet i 1852, kunne banegården opføres i røde mursten. Den nye banegård bestod af to 25 fag lange bygninger, der var forbundet med en rundbuet trækonstruktion kronet af et stort skifertag. Fire spor passerede gennem hallen. Rundbuestilen blev en model for jernbanebyggeriet i resten af 1800-tallet, hvor jernbanearkitekten N.P.C. Holsøe sjældent afveg fra stilen.
Banegårdens placering var ca. der, hvor Palads-biograferne og Axelborg er placeret i dag, men den var en del af et større jernbaneterræn, idet der var en godsbanegård samt efterhånden flere supplerende mindre stationsbygninger på samme område. Sammen med sporarealer, remiser, drejeskive m.v. fyldte stationsområdet stort set hele det område, som i dag ligger mellem Axeltorv, Gyldenløvesgade og Vester Søgade.
Da Københavns Hovedbanegård åbnedes i 1864, imponerede den ved sin størrelse og store hal.
Afgangssiden lå ved det nuværende Axeltorv. I denne side var der kontorer, rejsegodsekspedition og ventesale. Ventesalene var opdelt i 1. og 2. samt 3. klasse. Længere henne var der kongeventesalen og derefter toiletter. Da trafikkens omfang steg, blev der tilføjet en særlig godsekspeditionsbygning.
Men det varede ikke mange år, før pladsforholdene blev så vanskelige i den daglige drift, at udvidelser blev højst påkrævede. Der var bare ingen muligheder for effektive udvidelser, hvorfor "hjælpestationer" måtte opføres, således at der endte med at være 4 stationer ialt.
I 1887 skete en betydelig udbygning af området med bl.a. en separat station kaldet Klampenborgstationen. På længere sigt blev denne hovedbanegård for trang, specielt fordi den eneste sporforbindelse til stationen var ført over Skt. Jørgens Sø via Gyldenløvesgade-dæmningen; på den anden side af søen delte sporet sig mod vest og nord (sporene er for længst borte, men kan stadig anes i gadenettet og har f.eks. givet Nørrebroparken dens retning og form). Det gjorde ikke sagen bedre, at banerne på vej ud af byen krydsede adskillige gader i niveau, hvilket med den støt stigende togtrafik medførte hyppige blokeringer for den ligeledes støt stigende vejtrafik.
Regeringen besluttede nu at anlægge den nedgravede Boulevardbane mellem Hovedbanegården og Østerport) sammen med en ny hovedbanegård. Boulevardbanen, der var ingeniøren Holger Hammerichs idé, åbnede først i 1917.
Herholdts banegård blev taget ud af brug 1. december 1911. Den blev derpå brugt som varmestue for husvilde i 1912, men så lejede filmmanden Constantin Philipsen bygningen. Han fik muret endebuerne til og indrettede biografen Palads Teatret i den tidligere banegård. I 1916 måtte bygningen dog rives ned, da anlæggelsen af Boulevardbanen nærmede sig Vesterbro. I stedet købte Philipsen det tilbageværende grundstykke og opførte den stadig eksisterende biografbygning ved Axeltorv.
Den imponerende træbuekonstruktion blev bevaret og genbrugt. Den findes nu i Aarhus Stadionhal i Aarhus, der blev opført 1916-18 af Axel Høeg-Hansen. Det er – fejlagtigt – blevet fremført, at buerne ligeledes fandt vej til Aarhus Godsbanegård, men dette er ikke korrekt, idet Godsbanegårdens lagerhaller (af Heinrich Wenck og Thorvald Engqvist) har en helt anden buekonstruktion; et Hetzer-træbuesystem fra 1920.