El diseño del Puente de Tacoma Narrows de 1950 se inició poco después del colapso en 1940 "Puente de Tacoma (1940)") de su predecesor. En julio de 1941, la Autoridad del Puente de Peaje de Washington (WTBA) nombró a Charles E. Andrew[3] (quien había estado involucrado en el diseño y la construcción de Gertie, el anterior puente, como consultor) como ingeniero principal y presidente de la junta consultora a cargo del diseño del nuevo puente. Entre los miembros de la junta de diseño figuraban Theodore von Kármán, Glenn Woodruff, y la firma de Sverdrup y Parcel de Chicago, Illinois. Para liderar el equipo de diseño, Andrew eligió a Dexter R. Smith como diseñador y arquitecto principal. Ya en octubre de 1941, menos de un año después del colapso de Gertie, la WTBA había ideado la configuración inicial de la estructura, muy similar al diseño original de 1940 elaborado por Clark Eldridge. El costo de construcción se estimó en 7 millones de dólares (unos 152 millones en términos actuales).
Dado que el puente original se convirtió en un activo importante durante el corto período que estuvo en servicio, la Armada presionó fuertemente para que se adoptara un puente combinado autopista/ferrocarril con el fin de reemplazar a Gertie, y propuso un puente de acero en voladizo en vez del puente colgante. Sin embargo, el acero adicional necesario para construir una estructura de este tipo habría supuesto un incremento del costo de construcción de otros 8,5 millones adicionales (unos 185 millones hoy en día), descartando cualquier posibilidad de que tal estructura se construyera alguna vez.
Además, el diseño propuesto necesitaba nuevos ensayos de laboratorio. Una solución exclusivamente matemática para diseñar el puente colgante no era posible, porque se sabía muy poco acerca de las fuerzas que derribaron la primera estructura. A la luz de este hecho, los ingenieros optaron por construir maquetas a escala del diseño y ensayarlas en un túnel de viento construido especialmente al efecto en la Universidad de Washington. Según Charles Andrew, "la única forma de atacar el problema era diseñar un puente, luego construir un modelo de ese diseño y someterlo a la acción del viento". La prueba fue realizada por el profesor F. B. Farquharson,[4] quien había investigado los movimientos de Gertie antes de su colapso el 7 de noviembre de 1940.
Desde finales de 1941 en adelante, el profesor Farquharson (y también von Kármán, quien realizó su trabajo en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena "Pasadena (California)")) continuó avanzando en el diseño del nuevo puente. En 1943 se estaba trabajando en un laboratorio con un túnel de viento especialmente concebido para este proyecto, construido en el campus de la Universidad de Washington en Seattle. La instalación era lo suficientemente grande como para albergar un modelo a escala del puente completo de hasta 30,5 m, además de modelos de secciones para distintas pruebas. Después de que Farquharson confirmó que Gertie colapsó debido a su excesiva flexibilidad de su tablero y a las fuerzas aerodinámicas, las pruebas se realizaron sobre diseños proyectados por Smith. Todos los nuevos diseños disponían de tableros permeables al viento compuestos por una celosía "Armadura (estructura)") de elevada rigidez y gran canto, en lugar de la viga cajón de planchas metálicas utilizada en el puente de 1940 derribado por el viento.
Las pruebas en el diseño del nuevo puente se iniciaron en noviembre de 1943 y continuaron hasta 1945. Los estudios incluyeron 200 configuraciones diferentes, para que las fuerzas del viento incidiesen sobre los modelos del puente a más o menos 45 grados respecto a la dirección perpendicular a la cubierta. Posteriormente, las pruebas se realizaron sobre un diseño con rejillas abiertas al viento dispuestas en la calzada, lo que agregó una estabilidad aún mayor contra el movimiento torsional. También se probó un diseño con un refuerzo lateral inferior en la armadura rigidizadora para probar la resistencia contra el movimiento lateral. Además, se probó un diseño con dispositivos de amortiguación de movimiento colocados en la plataforma en tres ubicaciones: uno en cada torre (en cada extremo del vano principal y en cada tramo lateral de la torre) y un conjunto de dispositivos de amortiguación en la mitad de tramo en cada cable principal. Cada uno de estos pasos en la fase de diseño y prueba se realizó para reducir la mayor cantidad de movimiento lateral y torsional que fuera posible.
Después de dedicar 80.000 dólares (1353937 en términos actuales) al diseño y prueba del nuevo puente, el proyecto se completó el 5 de diciembre de 1945. La WTBA finalizó y aprobó los diseños revisados de los planos de Dexter (presentados en diciembre) en el mes de abril de 1946, y las revisiones menores continuaron hasta septiembre. La nueva estructura tenía un costo de construcción de 8.5 millones de dólares (US $ 144 millones en términos actuales).
Los diseños finales del Puente de Tacoma Narrows, una vez finalizados, presentaron un contraste drástico con respecto al proyecto de Leon Moisseiff. En lugar de un tablero formado por una viga cajón delgada, se dispuso una viga de celosía reforzada permeable al paso del aire, con un canto de 10 metros. Las nuevas torres serían 7,7 m más altas y 6,4 m más anchas que las torres originales de Gertie. Los cables principales del puente pasaron de 440 mm de diámetro a 510 mm, y los bloques de anclaje admitirían una carga 1,6 veces superior a la prevista en el puente original. Sin embargo, algunos elementos del Galloping Gertie se incorporaron al puente de 1950. Los pedestales de las torres fueron agrandados y recrecidos 5,2 m. En el extremo oeste se mantuvo un tramo de 140 m del viaducto de aproximación con las mismas vigas cajón de 2,4 m de canto que tenía la cubierta principal de Gertie. Este viaducto de aproximación reutilizó tres torres de soporte, dos de ellas a base del entramado ligero original y la tercera con la complejidad estructural y el diseño de una de las torres principales de Gertie, con luces de 46 m. Este tramo de viaducto, después de un examen estructural, se mantuvo y utilizó como parte del diseño del puente de 1950, con un refuerzo de rigidización adicional agregado a la torre más cercana a la línea de costa (oficialmente conocida como Torre # 3 en los planos de diseño), y la ampliación de la parte superior del pilar para alojar la cubierta ensanchada del nuevo puente.
La cubierta del tablero en sí misma supuso una innovación importante en el diseño de puentes colgantes. Los carriles de tráfico en las carreteras típicas de los puentes colgantes están separados por líneas de pintura discontinuas, una franja sólida o un conjunto de dos tiras de pintura. En el diseño final adoptado en 1950, los 14 m de anchura de la calzada se dividieron en cuatro carriles de tráfico, cada uno con 2,9 m de ancho. Cada carril estaba separado del contiguo por una rejilla de 840 mm de anchura y 76 mm de profundidad para permitir el paso del viento. Bordeando el exterior de cada calzada se dispusieron otras dos rejillas de 480 mm de anchura formando aceras de 130 mm de altura, y una tercera acera central de 0,91 m de ancho también formada por una rejilla servía para separar las dos calzadas. La sección era completada por sendas barandillas de 1,2 m de altura.