Die Martinuskirche bot im 19. Jahrhundert folgendes Bild: Im Osten standen die beiden romanischen Türme aus dem 12. Jahrhundert und der gotische Chor aus dem Jahr 1332. Nach Westen hin stand das hohe, 1777 neuerbaute, barocke Kirchenschiff.
Wegen des rapiden Anstiegs der Bevölkerung im 19. Jahrhundert war eine Vergrößerung der Kirche in den 1890er Jahren unumgänglich. Rund 6.000 der 8.000 Einwohner waren zur Jahrhundertwende in Oberlahnstein katholisch. An das barocke Kirchenschiff wurden daher 1895 das südliche Seitenschiff und 1899 das nördliche angebaut. Die Bauausführung oblag der Lahnsteiner Firma Gebrüder Leikert, Architekt war Gerhard August Fischer aus Barmen. Bereits am 24. Dezember 1899 konnte die erweiterte Kirche nach nur sieben Monaten Bauzeit an Pfarrer Josef Michels, der von 1887 bis 1901 im Amt war, übergeben werden. Vorausgegangen war der Ankauf des Bauplatzes für 15.000 Mark, bezahlt von der Kirchengemeinde. Das Geld stammte im Wesentlichen aus dem 1898 erfolgten Verkauf der Wenzelskapelle an die Eisenbahngesellschaft zur Vergrößerung des Güterbahnhofs und aus einer großzügigen Spende des Mitbürgers Anton Lessing. Der Kirchenanbau selbst kostete rund 42.000 Mark, wofür ein Baukredit auf 44 Jahre aufgenommen wurde.
Auch der baufällige, gotische Helm des Südturms wurde ab dem 11. November 1899 abgebrochen und um 4,80 Meter höher mit vergrößerten Ecktürmchen aufgebaut. Die Turmhöhe des romanischen Südturmes wuchs damit auf 36,55 Meter, die Höhe des schon zuvor kleineren Nordturms verblieb bei 27,50 Meter. Die Renovierungskosten des Südturms über 5.200 Mark übernahm aber die Zivilgemeinde, denn die Kirchtürme waren Eigentum der Stadt Oberlahnstein.
Innen wurde das romanische Tonnengewölbe zwischen den beiden Türmen durch ein gotisches Kreuzgewölbe ersetzt. Auch die Sakristei wurde vergrößert. Mit dem Anbau der Kirchenschiffe erfuhr der Kirchenraum eine durchgreifende Veränderung: Im rechten Seitenschiff wurde der neue Altar der schmerzhaften Muttergottes, im linken der Mutter-Anna-Altar aufgestellt. Die Presse lobte damals den Ausbau der Pfarrkirche: „Die ganze Ausführung ist so meisterhaft gelungen, daß sich die Kirche nun trotz der verschiedenen Stilarten als ein harmonisches Ganzes zeigt.“