在1989年10月17日，旧金山发生矩震级达6.9级的大地震（详见旧金山地震）。在这次地震中，东桥E9号桥墩上方的上层桥面，一段15米长的桁架路面倒塌到下层桥面上，导致一人死亡。事件之后，大桥封闭超过一个月，修复该路段，于11月18日重新开放。 地震之后，西桥也经历了一次全面的抗震加固改造。改造工程在不封闭桥面、保证车辆通行的条件下，更换了大部分支撑桥面的结构钢。芝加哥高架高速公路（Chicago Highway）在2003-2004年的改造工程所用技术正与此相似，即使用临时桥墩支撑桥面，从而对原来的支撑材料进行加固或更换工作。
大桥建设之初时占绝大多数的铆接格架都被栓接钢板取代，这样一来就把原来的格构梁改造成箱形梁了。更换工程还包括给索塔外层的大型斜梁加装面板，使外形更为美观。
西桥还在上下层桥面的侧面装上箱型斜梁，以减少地震时的上下层桥面的相对运动幅度，降低桥面损坏的几率。
分析指出，西桥的巨型混凝土支座在一定压力下可能会破裂，因此需要对其进行特别的加固，在支座表面再添加一层新的钢筋混凝土结构。工程的第一步，是利用磁技术对混凝土支座里的钢筋定位。然后，在每根钢筋之间钻孔，在其中插入L型钢筋，并用高强度环氧胶粘剂。新插入的L型钢筋突出混凝土支座表面15到25厘米，以便在支座表面横纵双向焊接新的钢筋。钢筋焊接完毕以后，再在钢筋结构上安置模具平板，然后进行高强度混凝土的灌浆，泵入模具的空隙里。模具拆除之后，表面看起来就与原来的支座无异。这个先进的修复技术，后来也应用到了加州其它高架高速公路的桥墩和立交桥的中央支柱底座，尤其是不规则的底座的修复和改建工程中。 东桥旧桥在1989年旧金山大地震中损坏情况比较严重，当局决定在旁建起一座新桥，建成后将旧桥拆除。其中前段是自锚式悬索桥，后段是高架桥。
东桥新桥的设计方案经过了许多次的修改，既有积极的也有消极的，预算数字和竞标价格都一路飙升。东桥新桥在视觉上最显著之处，是在新桥南面出现了一道独立且安全的自行车道。这条自行车道可供来往于芳草岛和金银岛到奥克兰市之间的自行车骑士使用，既可以在繁忙时段供上班族使用，也可供其它市民娱乐消遣，一览旧金山湾的景色，一举两得。 2009年10月27日，在晚间通勤时段，劳动节假期中修复大桥时安装上去的一段钢横梁和两根钢拉杆突然折断，并掉落到东桥上层桥面上。据调查，这次掉落事件可能是因为大桥上车流引起的振动，以及桥上时速最高达88千米的风速，导致其中一根拉杆的断裂，并使与之连接的一部分金属结构掉落。事件中三辆车被落下的碎片击中，但没有人受伤。11月1日，由于再次维修后，组件未能通过压力测试，加州交通局宣布大桥将持续封闭至11月2日周一的通勤时间。大桥封闭的时间内，旧金山湾区捷运系统（BART）和金门渡轮客运系统加开班次以增加的客流。11月2日，大桥如期重新开放。
9月27日掉落的部分是一段托梁、一根横梁和两根拉杆。之前维修的失败有两个设计上的缺陷：其一，拉杆是从托梁上方的十字横梁的通孔穿过的，而这些通孔太小，导致拉杆与横梁直接接触；其二，由大风引起的拉杆的振动，除了导致拉杆断裂以外，还导致了横梁的磨损和弯曲。至于横梁的连带掉落，则是因为它跟上方横梁间只有点焊来连接以及拉杆的摩擦力和张力来固定，所以在拉杆断裂后，横梁无可避免地掉落了。
重新修复时，设计上做了六点有效的改进：
⒈在十字横梁和托梁间进行结构焊接，避免横梁掉落；
⒉扩大通孔，避免与拉杆接触；
⒊加装一个球型座和张力螺母，避免横杆过度负重弯曲；
⒋在拉杆和眼杆之间三个不同位置上安放枕木，以防拉杆断裂后直接掉落；
⒌安装保护套，防止拉杆与其它组件直接接触造成磨损；
⒍加装一个应变仪和配套仪表装置，持续监测组件的受力情况。
此后，加州交通局在2009年12月对这处断裂的眼杆进行了彻底修复工作，将眼杆断裂的一端完全切除，并将新配件用螺栓接上，再用一对加固板对其进行加固。这次彻底修复工作由加州交通局和联邦高速公路管理局的工程师共同监督并检修。完成之后，劳动节假期和10月底两次临时修复的组件被一并拆除。 2013年9月2日下午，世界最大跨度单塔自锚抗震悬索钢桥、美国旧金山海湾大桥东段新桥在劳工节举行通车仪式。在等候24年之后，这座1989年大地震中受损的著名大桥当天夜里即将通车。由中国上海振华重工建造最重要部分、造价64亿美元、连接旧金山和奥克兰的新桥可抗御1500年内发生的强震。
大桥东段由中国制造
72亿美元的投资，让旧金山-奥克兰海湾大桥改造重建工程成为加州史上最昂贵的工程之一。重建后的新大桥将成为美国又一新地标。而尤为引人注目的是，这座新大桥的东段为“中国制造”。
中国为美国造大桥，被媒体称为“中国制造业首次进军世界大型钢结构市场”。
新桥工程的最重要部分单塔柱和所有钢材均由中国上海振华重工完成。加州交通厅曾在2011年8月对媒体表示，选择振华重工，为新桥节省了4亿美元。此外，日本、英国和加拿大等国也参与了大桥兴建，为这座世界最大跨度的单塔自锚抗震悬索钢结构桥梁增添了国际合作色彩。
