Les nouveaux thermes d'Audinac sont construits à plusieurs dizaines de mètres à l'est du bâtiment des bains primitifs, en contrebas de la Source des Bains et au fond de la grande allée donnant sur l'hôtel.
D'après l'historien de l'art Dominique Jarrassé, l'édifice aurait été réalisé en 1844 par Edmond Chambert (Jarrassé, 1992, p. 53). S'il est avéré que l'architecte départemental de Haute-Garonne a dessiné le projet architectural et conduit les travaux, en revanche, aucun document d'archives n'atteste la date de construction de l'édifice. Seul l'ouvrage consacré aux Bains d'Audinac, paru en 1849, indique que le bâtiment a été construit au cours des années 1840 (Filhol et alii, 1849, p. 4). Toutefois, la date de construction avancée par Dominique Jarrassé est loin d'être fantaisiste puisqu'Edmond Chambert se consacre au projet de construction des thermes de Bagnères-de-Luchon à partir de 1846, et que dans ce contexte il est envoyé la même année en mission d'observation en Allemagne, en Suisse, en Savoie ainsi que dans quelques grandes stations thermales françaises (la Taille, 2019, p. 4). Il est donc fort probable qu'il ait édifié ceux d'Audinac avant cette période.
Cet édifice se distingue nettement de l'établissement thermal primitif, caractérisé par la sobriété de son architecture. Il présente en effet une galerie composée de quatorze colonnes en marbre, surmontée d'une balustrade et flanquée de pavillons à fronton triangulaire, ornés chacun d'une statue. Bien qu'ils soient de dimensions nettement plus réduites, le style architectural des thermes d'Audinac se rapproche du fait de l'existence de ces éléments de ceux de Bagnères-de-Luchon, postérieurs de seulement quelques années et dus également à l'architecte Edmond Chambert.
Avec ce nouveau bâtiment, l'établissement thermal dAudinac est désormais doté d'une douche ascendante et d'une douche à percussions, abritées dans les pavillons latéraux, en plus des baignoires installées dans les douze cabinets qui sont répartis de part et d'autre d'un salon de repos.
L'édifice, utilisé jusquen 1939, demeura en place jusquau début des années 1990 où il fut démoli dans le cadre de la création de la base de loisirs du Couserans par le Syndicat Intercommunal du parc d'Audinac-les-Bains (AD Ariège, 347W43, 1990). Certains éléments tels que les pavillons et la colonnade ont néanmoins été déposés avant la démolition puis remontés sur la nouvelle construction. Cette dernière est bâtie plus au nord, face à l'édifice primitif. À l'image du bâtiment construit par Chambert, sa façade, située au sud, présente une colonnade encadrée par les pavillons. Toutefois, le maître d'oeuvre n'a réutilisé que dix colonnes pour créer la galerie, le bâtiment étant moins long que celui d'origine. Les quatre colonnes restantes ont été installées à l'arrière de la construction, formant ainsi un espace central ouvert qui dégage une perspective sur l'allée de platanes et l'ancien hôtel. En outre, les statues qui ornaient les niches des pavillons ont disparu. Ce bâtiment fait aujourd'hui parti du camping d'Audinac-les-Bains.
