Ab 1921 wurde der Gymnasiallehrer Josef Keim (1883-1973) mit der Übernahme des Vereinsvorsitzes und der Museumsleitung für beide Institutionen zur Leitfigur. Keims Ziel als Museumsleiter galt der Erweiterung der Räumlichkeiten sowie der Neuaufstellung der Sammlung. Bereits 1924 hatte man erneut die Beengtheit des Museums beklagt. So wurde unter Keims Leitung ein Neuordnungsplan erarbeitet, der bis 1938 umgesetzt werden konnte.

Mit nunmehr insgesamt 25 Räumen öffnete das Museum am 14. August 1938 unter der neuen Bezeichnung „Gäubodenmuseum” seine  Pforten. Die Präsentation der einzelnen Sammlungsbereiche – vornehmlich der archäologischen Exponate - orientierte sich an Museen wie Landshut oder Günzburg. Größere Zeitabschnitte wurden in einem Raum zusammenfasst, so dass der Besucher sich die Sammlung in einer zeitlichen Abfolge erschließen konnte. Im stadtgeschichtlichen Bereich der Sammlung wurden hingegen die Räume nach bestimmten Themenbereichen eingerichtet.

Durch Krieg und Nachkriegszeit stagnierte der weitere Museumsausbau. Das Grundkonzept der 1930er Jahre wurde bis in die 1960er Jahre beibehalten. Einzig die Präsentation des 1950 geborgenen römischen Schatzfundes und einige kleinere Umgruppierungen in der Schausammlung erfolgten noch nach 1950.