Der St. Pauli Elbtunnel wurde im zweiten Weltkrieg von vielen Hamburgern als Luftschutzraum aufgesucht, obgleich bei einem Bombenangriff jederzeit das Wasser in die Röhre hätte einbrechen können.
Die Kupfereindeckung des Tunnelgebäudes in St. Pauli wurde im Krieg zu Rüstungszwecken verwendet. Das Gebäude auf der Steinwerder Seite hatte ursprünglich ebenfalls ein Kuppeldach. Es wurde durch Bombenangriffe stark beschädigt und nach Kriegsende als Flachdach wieder aufgebaut.
Über die Jahrzehnte ist der St. Pauli Elbtunnel immer weiter modernisiert worden. So wurden in den 50er Jahren moderne Leuchtstoffröhren und eine zusätzliche Lüftungsanlage eingebaut, da mehr und mehr Autos den Tunnel durchquerten. Seit 1995 läuft ein umfassendes Sanierungsprogramm für den St. Pauli-Elbtunnel.