Le plan général de la chapelle du Rosaire rappelle la basilique du Rosaire à Lourdes. Elle a été réalisée de 1892 à 1894 sur les plans de l’architecte Jacquemin à l’initiative du chanoine Demange puis son frère. La chapelle comporte trois alvéoles pour les trois mystères : mystère joyeux, mystère douloureux, mystère glorieux. Chaque alvéole comporte cinq fenêtres et cinq tableaux. La chapelle est consacrée à la vie de la Vierge représentée sur des tableaux en céramique sur des dessins de Caye et une fabrication par la faïencerie de Toul Bellevue lorsque les céramiques sont construites à la façon du vitrail et par des annexes de la faïencerie de Sarreguemines lorsqu’il s’agit de carrelages peints. Le travail du fer, œuvre du serrurier Drouart de Baccarat, est remarquable pour les grilles mais surtout pour les décorations des fenêtres, quinze au total, toutes différentes, sur le thème de la rose. La calligraphie métallique du texte de l’ave maria est une magnifique prouesse artistique. Trois prêtres ont leur tombeau dans cette chapelle : l’abbé Migot (1923) fondateur du pèlerinage, le chanoine Demange (1893) créateur de la chapelle et son neveu le chanoine Segault (1944). Sur le terre-plein devant la chapelle, la statue de Jeanne d’Arc sert de monument aux morts.
L’ensemble de l’esplanade et de la chapelle du Rosaire a été classé à l’inventaire supplémentaire des Monuments Historiques en juillet 2005. Le chevet de la chapelle est roman. Il est construit en pierres d’appareil. Des jambes verticales de section rectangulaire le flanquent selon l’usage lorrain. On y voit les traces des anciennes fenêtres romanes et d’un oculus.
Lorsque le pèlerinage prit de l’importance et que l’affluence des pèlerins se fit plus conséquente, l’église paroissiale ne suffisait plus à l’accueil lors des offices. C’est alors que fut envisagée puis réalisée la construction d’une nouvelle église plus vaste et que l’on souhaitait voir dotée du titre de basilique, ce qui fut refusé.
Lorsque la nouvelle église fut consacrée au culte, la nef de l’ancienne église fut démolie et on ne conserva que la partie qui nous reste et qui est la partie venant du moyen-âge. La nef, ce qu’on appelle une nef grange, ne présentait aucun intérêt architectural, de même probablement que le porche puisqu’il n’a pas été conservé.
« La chapelle Saint Martin est souvent la silhouette emblématique du vignoble lorrain. C’est vrai que depuis le XII° siècle, elle en a vu mûrir des raisins ! ».