Avant même sa construction, en 1856-1858, l'emplacement de la gare de voyageurs de Cornavin est contesté. Edifiée pour la Compagnie Lyon-Genève - la future Compagnie Paris-Lyon-Méditerranée - par les architectes Grillot et Gindroz (1828-1878), cette gare traversière rend difficile le raccordement avec la rive gauche, mais surtout elle isole et péjore les quartiers situés au-delà des voies, par l'érection d'un important remblai digne d'un «mur de Chine».
En 1913, le rachat de la gare et des installations du PLM par les Chemins de fer fédéraux promet une grande réorganisation du réseau ferroviaire. Le professeur Louis Favre préconise la démolition du «grand barrage» et l'établissement de la gare de voyageurs en impasse à Beaulieu - dont les terrains sont encore libres. Il propose aussi le déplacement de la gare de marchandises au Grand-Pré et le creusement de voies en tunnels en direction de Châtelaine et de Varembé. Ce projet, qui est soutenu par l'Association des intérêts des quartiers de Saint-Jean et des Charmilles, remporte un franc succès auprès du Conseil d'Etat et du Conseil administratif.
Pendant la guerre, le projet s'enlise. A la fin de l'année 1919, les CFF transmettent six plans de reconstruction de la gare. Les membres de la Commission spéciale nommée par le Conseil d'Etat rejettent unanimement l'idée d'une gare à Beaulieu: le site est jugé trop éloigné de la ville et le coût trop élevé. Quelques-uns préfèrent l'implantation de Cornavin, d'autres le site de Plainpalais.
En 1923, l'emplacement de la nouvelle gare de voyageurs est décidé: c'est Cornavin. Deux concours sont nécessaires pour définir les lignes générales de l'édifice et choisir le projet remanié de l'architecte Julien Flegenheimer (1880-1938).
1. Perspective cavalière de la gare de Beaulieu par Ed. Fatio, 1913 (AEG, Archives privées 194/B/49). [Non reproduit]
2. Détail du plan de situation de la nouvelle gare (voies et bâtiments), s.d. [c. 1913] (AEG, Chemins de fer D 11.19)
3. La gare des voyageurs de Grillot et celle de Flegenheimer, cartes postales (AGMT). [Non reproduit]