La gran población que alcanzó la ciudad de Córdoba a finales del siglo X hizo necesario que se iniciase una nueva ampliación del edificio, a pesar de que las obras de al-Hakam II se habían realizado pocas décadas antes.

Si hasta ahora lo normal fue derribar siempre el muro de alquibla para ampliar las once naves del templo hacia el sur, esta fórmula ya no era posible ante el desnivel del terreno y la cercanía del lecho del río Guadalquivir, por lo que fue necesario buscar otra solución; afortunadamente gracias a ello la gran obra de al-Hakam II se ha conservado. Hacia el lado occidental no podía crecer el edificio pues junto a la vía pública se hallaba el palacio califal y en su parte norte se encontraba el patio, por lo que finalmente sólo quedó la opción de aumentar el edificio hacia el este, a pesar de encontrarse allí casas y calles. Las fuentes escritas nos hablan de todo ello e incluso relatan preciosas anécdotas. Por ejemplo, entre las múltiples casas que hubo que expropiar, el cronista del siglo XII, Ibn Bashkuwal, haciéndose eco de la obra de Ibn Hayyan, relata cómo una señora se negó a dejar su vivienda hasta que se le diera otra que tuviese en su patio una palmera, al igual que la suya, condición a la que finalmente accedió Almanzor.

Las obras de ampliación tuvieron lugar a lo largo de la última década del siglo X y consistieron en añadir ocho naves al este de la sala de oración, en toda su longitud, así como en aumentar en igual anchura el patio. Aunque se trata de la etapa más amplia realizada en la mezquita aljama cordobesa, artísticamente no tiene un valor especial frente a los episodios constructivos anteriores, ya que técnicamente se repite el mismo tipo de arquerías. A diferencia de lo ocurrido en la gran obra de al-Hakam II, tampoco hubo aquí especial cuidado en introducir materiales ricos u otros detalles preciosistas.