Als im April 1953 der Mainzer Bischof Dr. Stohr anlässlich einer Firmung in Groß Gerau weilte, war er schockiert von der großen Raumnot und ermunterte Pfarrer Gerhards den Bau einer größeren Kirche zu planen, wobei er finanzielle Unterstützung des Bistums zusicherte. Zunächst zog man in Erwägung auf dem Gelände der 1938 von den Nationalsozialisten zerstörten Synagoge die neue Kirche zu bauen. Der Standort hätte den Vorteil gehabt, dass er zentral gelegen war und die kleine Kirche nicht abgerissen werden müsste. Aus finanziellen Gründen (Kauf des Grundstückes, Abriss eines Wirtschaftsgebäudes, aufwändige Fundamentierung wegen des nahen Mühlbaches) musste der Plan aufgegeben werden.
So fand am 23. September 1956, also genau 59 Jahre nach Gründung der selbständigen Pfarrkuratie, der letzte Gottesdienst in der alten Kirche statt. Rasch wurden die Abrissarbeiten durchgeführt, so dass bereits am 1. Advent die feierliche Grundsteinlegung erfolgen konnte. Die von dem Darmstädter Architekten Leibl geplante Kirche war mit einer Länge von 41 Metern und einer Breite von 18,30 Metern groß genug, um auch in Zukunft einer wachsenden Gemeinde einen großen Sakralraum zu bieten. Wegen der hohen Gebäude der angrenzenden Konservenfabrik Helvetia entschied sich Leibl die Giebelwand als Turm hochzuziehen. So setzte der Kirchenbau trotz Fabriknähe einen dominanten Akzent im Stadtbild.
Am 25. August 1957 wurde die neue St. Walburga Kirche durch Bischof Dr. Albert Stohr feierlich konsekriert. Viele Geistliche aus nah und fern sowie Persönlichkeiten des öffentlichen Lebens nahmen an der Feier teil. Unter den anwesenden Seminaristen des Mainzer Priesterseminars waren auch die späteren Groß-Gerauer Pfarrer Hartmut Böhm und Ulrich Fahl.
Noch fehlten in der Kirche viele Einrichtungen. Zunächst waren die aus der alten Kirche stammenden Bänke aufgestellt. Auch die Figuren der Heiligen Maria und des Heiligen Josef hatte man aus der alten Kirche übernommen. An frostigen Wintertagen war es in der Kirche bitterkalt, denn eine Heizung wurde erst einige Jahre später installiert. Mit der Zeit wurden eine neue Orgel und neues Kirchengestühl angeschafft.
Vier Glocken wurden am 13.11.1964 in der Heidelberger Glockengießerei F.W. Schilling gegossen. Sie sind mit ihren Tönen auf das sechsstimmige Geläute der evangelischen Stadtkirche abgestimmt. Die größte Glocke, die dem Mainzer Bistumspatron Martinus geweiht ist, wiegt 3200 kg und hat die Stimmung b‘. Die Marienglocke hat ein Gewicht von 2300 kg und ist auf den Ton c‘ gestimmt. Die dritte Glocke trägt den Namen des Heiligen Josef (Stimmung es‘) und die kleinste Glocke ist der Kirchenpatronin St. Walburga geweiht (Stimmung f‘). Am 28. März 1965 konsekrierte der Mainzer Generalvikar Ludwig Haenlein die vier Glocken, die dann am Ostersonntag, 18. April 1965, zum ersten Mal läuteten.