Sykehuset første byggefase står ferdig i 2006 og utgjør halvparten av det samlede arealet. Hele anlegget planlegges sluttført i 2011 og blir landets største sykehus
(186 500 m2.).

Det bygges etter rive-bygge-flyttemetoden. 70 % av dagens sykehus rives. Sentrene bindes sammen med glassbroer og kulverter. Kostnader for byggefase 1: 4,75 mrd. kroner (kronekurs: nov. 2000).

Byggestart skjer i denne rekkefølgen:

Forsyningssenteret (teknisk del)
Forsyner det nye sykehuset med varer og teknikk. Teknisk  del av senteret skal v're ferdig i første byggefase.
Byggestart: 14. november 2002.
NB! Kulvert forbi Administrasjonsbygget bygges fra 12. september 2002.

Laboratoriesenteret
Hovedbygg for forskning og undervisning. Laboratorietjenester for St. Olavs Hospital og NTNU. Byggestart: 9. desember 2002.

Kvinne-barnsenteret
Bygget for fødsler, kvinnesykdommer, fostermedisin og barnløshet. Dessuten barnesykdommer, barnekirurgi  og barnepsykiatri.
Byggestart: 2. januar 2003.

Nevrosenteret
Senteret omfatter øre-nese-hals, øye, nevrologi, nevrokirurgi, høresentral, klinisk nevrofysiologi, kjevekirurgi, fysikalsk medisin, slagenhet, senter for hodepine, ryggenhet og geriatri.
Byggestart: 3. mars 2003.

Pasienthotellet
Til bruk for dagpasienter med lang reisevei, for pasienter som utredes, barselkvinner og pårørende.
Byggestart: 3. mars 2003.