La station est ouverte le . Elle est desservie par la ligne 8 effectuant le trajet entre Opéra et Porte d'Auteuil, le tronçon entre Beaugrenelle (actuelle Charles Michels) et Opéra étant ouvert quelques mois plus tôt, le [1]. La ligne sera prolongée d'Opéra à Richelieu - Drouot le puis jusqu'à Porte de Charenton le [1]. La station est alors constituée d'une station classique avec deux quais encadrant les deux voies au centre mais également de deux demi-stations comprenant chacune un quai et une voie en impasse, embranchées sur les voies de la ligne 8 en direction du nord[2]. À l'origine de l'exploitation du métro, le projet présenté par Fulgence Bienvenüe prévoyait l'exploitation d'une ceinture intérieure, dont les trains emprunteraient les voies de la ligne 8 entre Invalides et Opéra. Ce principe entraîne la construction de plusieurs raccordements sous l'esplanade des Invalides comprenant ces deux demi-stations[3]. Toutefois, l'idée d'exploiter une ligne circulaire est finalement abandonnée en 1922, juste après la fin des travaux et les deux demi-stations réalisées n'accueillent aucun voyageur[1].
Quais de la ligne 8.
La station de la ligne 10 (actuelle ligne 13) est ouverte le [2],[4]. Terminus occidental de la ligne 10, les rames effectuent le trajet Invalides - Croix-Rouge[2],[4]. Le , la ligne est prolongée de Croix-Rouge à Mabillon, le jusqu'à Odéon et le jusqu'à Place d'Italie[4]. Le , la ligne 10 est redirigée de Place d'Italie vers Jussieu[4].
Un important remaniement affectant les lignes 8, 10 et 14 de l'époque est réalisé la nuit du 26 au [4] : le tronçon Invalides - Duroc de la ligne 10 est repris par la ligne 14 (actuelle ligne 13) qui effectue alors le trajet Invalides - Porte de Vanves[2],[5]. La ligne 8 est redirigée de Porte d'Auteuil vers Balard[1]. Elle sera par la suite prolongée plusieurs fois au-delà de Porte de Charenton pour atteindre Créteil - Pointe du Lac en 2011.
Le dernier changement important concernant la station est la fusion des lignes 13 et 14 pour ne former plus qu'une seule ligne 13 le grâce à la construction d'un tunnel sous la Seine : désormais, Invalides n'est plus un terminus, mais permet d'aller au nord de Paris et de sa banlieue jusqu'à Porte de Clichy ou Saint-Denis Basilique (actuelle Basilique de Saint-Denis)[2]. Le même jour, la ligne 14, devenue ligne 13, est prolongée de Porte de Vanves à Châtillon - Montrouge[2]. Ce remaniement sera l'occasion de transformer les voies et quais d'une station de terminus en station de passage en utilisant la demi-station ouest initialement prévue pour la ligne 8 et jamais utilisée en recevant les rames à destination du nord de la nouvelle ligne 13[1],[2]. En revanche, la demi-station n'est pas concernée par les travaux et reste fermée au public et le tunnel du raccordement vers Varenne étant supprimé, elle devient une demi-station en cul-de-sac[3],[2]. Ce sera le dernier remaniement important de la station[6]. Par la suite, la ligne 13 sera prolongée au nord, sur les deux branches, jusqu'à la station Les Courtilles sur l'une, et Saint-Denis - Université sur l'autre.
La demi-station est amputée de plus de la moitié de sa longueur depuis la fin du XXe siècle : un mur la séparant de bureaux de la sécurité de la RATP. L'espace subsistant a accueilli un temps l'Espace Invalides, loué à des entreprises pour des cocktails ou des soirées. Elle abrite durant les années 2010 deux voitures d'une rame Sprague-Thomson, parfois présentée au public lors de certaines journées européennes du patrimoine.[réf. nécessaire]
En 2019, 6 540 934 voyageurs sont entrés à cette station ce qui la place à la 47e position des stations de métro pour sa fréquentation[7].
En 2020, avec la crise du Covid-19, 2 678 838 voyageurs sont entrés dans cette station ce qui la place à la 66e position des stations de métro pour sa fréquentation[8].
En 2021, la fréquentation remonte progressivement, avec 3 482 080 voyageurs qui sont entrés dans cette station ce qui la place à la 79e position des stations de métro pour sa fréquentation[9].
La station de la ligne 8 est de configuration standard : elle possède deux quais séparés par les voies du métro et la voûte est elliptique. Sur la ligne 13, la disposition des quais se présente sous forme de deux demi-stations : en direction de Châtillon - Montrouge, un quai central est encadré par deux voies dont l'une sert de garage de façon exceptionnelle ; en direction d’Asnières - Gennevilliers ou Saint-Denis, un unique quai est desservi par une voie. Ces deux demi-stations sont décorées en style « Andreu-Motte ». La ligne 8 se situe le plus à l'est, parallèlement et légèrement plus bas que la ligne 13. Les raccordements et voies de garage en boucle se situent à l'ouest de celle-ci.
Une partie du quai en direction de Balard n'est pas accessible au public (« quai mort »). Cette demi-station demeurée fermée depuis sa construction entre 1913 et 1922 est le vestige d'une ligne circulaire jamais construite[10].
Intermodalité
La station est desservie par les lignes 28, 63, 69, 83, 93 et 87 du réseau de bus RATP auxquelles s'ajoutent la ligne à vocation touristique Tootbus Paris. En outre, la nuit, elle est desservie par les lignes N01 et N02 du réseau de bus Noctilien.
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