Jednak już 20 lat później okazał się za mały na potrzeby rozwijającego się miasta. Wtedy to, dzięki zabiegom Rady Opiekuńczej Zakładów Dobroczynnych Powiatu Radomskiego, zapadła decyzja o budowie nowego – przy ul. Warszawskiej (obecnie ul. Malczewskiego 18). Inicjatywę ofiarnie wspomogli radomianie, ofiarując m.in. 20 tys. sztuk cegieł oraz Rada Administracyjna Królestwa, która zezwoliła na przekazanie drewna z lasów państwowych.
Dukondygnacyjny budynek na 60 łóżek został oddany do użytku 21 października 1847 roku. Był największym szpitalem w guberni radomskiej. Początkowo nadal miał za patrona św. Aleksandra, by w 1851 przyjąć imię św. Kazimierza – na cześć ks. Kazimierza Kłaczyńskiego, rektora kolegium pijarów i prezesa Rady Opiekuńczej ZDPR. W 1898 roku do zajmowania się chorymi sprowadzono zakonnice ze Zgromadzenia Sióstr Miłosierdzia św. Wincentego á Paulo (szarytki); pracowały tu aż do 1964.
W 1904 roku w szpitalu funkcjonowały cztery oddziały: chirurgiczny, wewnętrzny, położniczo-ginekologiczny i weneryczny. Dwa lata później w tzw. czerwonych koszarach stojących obok lecznicy, utworzono oddział dla zakaźnie chorych (w 1019 przeniesiony do szpitala zakaźnego św. Zygmunta). W 1913 roku szpital św. Kazimierza, pierwszy w guberni, otrzymał nowoczesny aparat rentgenowski, ofiarowany przez dr. Józefa Kossaka, który prowadził poradnię dla chorych na gruźlicę.
W latach 1933-1935 lecznicę powiększono – dobudowana została trzecia kondygnacja, dzięki czemu można było leczyć o 50 chorych więcej. A po przeniesieniu do czerwonych koszar apteki, biur i mieszkań sióstr, wygospodarowano miejsce na oddział gruźliczy. Szpital dysponował wtedy 180 łóżkami. Utrzymywał się ze zwrotów kosztów leczenia i odsetek, wynajmu pomieszczeń w budynku resursy, z dzierżawy placów i sadu owocowego oraz dotacji od miasta i ościennych gmin.
Na początku okupacji zarząd nad lecznicą przejęli Niemcy; od razu drugie piętro przeznaczyli wyłącznie dla swoich. W lipcu 1944 roku hitlerowcy rozpoczęli wywóz najbardziej wartościowego sprzętu, aparatury i narzędzi, a nawet materiałów opatrunkowych i bielizny pościelowej.
Po wyzwoleniu nadal pełnił swoją funkcję; w budynku uruchomiono siedem oddziałów. Z chwilą oddania do użytku lecznicy przy ul. Tochtermana, a potem szpitala na Józefowie systematycznie ograniczano działalność św. Kazimierza. Od 1976 roku przy ul. Malczewskiego 18 mieściły się tylko dwa oddziały ortopedyczne i ambulatorium. Ostatecznie został zlikwidowany w 2002 roku.
Po kilku latach budynek kupił prywatny inwestor i w listopadzie 2008 roku otworzył hotel Aviator.
Dawna siedziba szpitala św. Kazimierza wpisana jest do gminnej ewidencji zabytków.
