Inspektör Botha togs bort i väntan på resultatet av en utredning om sju mordförsök.
Nationalpolischef Mangwashi Phiyega meddelade förändringen efter en tredje dag av vittnesmål vid Mr Pistorius borgensförhandling.
Mr Pistorius, 26, förnekar mordet på sin flickvän Reeva Steenkamp, 29.
Steenkamp avled efter att ha skjutits tre gånger hemma hos Pistorius den 14 februari.
Christa Phiyega sade att polisen hade fått återkoppling från de statliga åklagarna om Det Botha först på onsdag.
Från Andrew HardingAfrika korrespondent
Nyheten Hilton Botha står inför återinsatta anklagelser om mordförsök har bedövat alla. Den omedelbara frågan är vilken inverkan, om någon, nyheten kan ha på åtalsargumentet att Pistorius inte bör beviljas borgen i väntan på rättegång.
Tidpunkten för att återinföra anklagelserna är fortfarande oklar och den nationella åklagarmyndigheten säger att de inte på något sätt är kopplade till idrottsmannens mordfall. Det är dock märkligt att informationen om Det Botha inte lämnades till Pistorius försvarsteam eller, uppenbarligen, till åklagaren.
En del skulle kunna hävda att Det Botha, som under en ansträngande korsförhörsprövning av försvaret så småningom anade att han ännu inte hade sett några bevis som kunde motsäga idrottsmannens version av händelserna, redan har gjort tillräcklig skada på åklagarens krav på att Pistorius skulle nekas borgen och att de nya avslöjandena kanske inte skulle påverka domarens beslut i någon större utsträckning.
Hon beskrev honom som en "erfaren detektiv" som ännu inte stod inför några åtal.
Hon sade dock att hon använde sin myndighet som nationell polischef för att be generallöjtnant Vineshkumar Moonoo att ta över Pistorius-fallet.
Gen Moonoo rapporteras vara en veteran i omkring 30 års tjänst. Han kommer att arbeta med polischefen i Gautengprovinsen i ett fall som Phiyega sade krävde uppmärksamhet "på nationell nivå".
"Vi inser betydelsen, betydelsen och svårighetsgraden av frågan", sade hon om Pistorius fallet.
Hon förnekade att beslutet att ersätta Det Botha var pinsamt för polisen. Han har inte blivit avstängd och kan förbli ett potentiellt vittne i någon rättegång.
BBC:s Pumza Fihlani, i Pretoria, säger att påståendena mot Det Botha avser en incident 2009 där han och flera andra officerare påstås ha öppnat eld på en minibusstaxi med sju passagerare när föraren tydligen inte lydde order om att stanna.
Detektiven förväntas infinna sig i rätten i maj, enligt rapporter.
I domstol på torsdag lade försvars- och åklagaradvokaterna fram sina sista argument.
Domaren förväntas meddela sitt beslut om Pistorius borgensansökan på fredag.
Den ledande försvarsadvokaten Barry Roux bad att åtalet för överlagt mord skulle nedvärderas, och sade att Det Bothas motstridiga bevis på onsdag hade undergrävt åklagarens fall.
Roux sade: "Den dåliga kvaliteten på de bevis som Botha har lagt fram avslöjade de katastrofala bristerna i statens fall."
Försvarsadvokaten sa att Mr Pistorius hade burit ms Steenkamp där nere och visade att han var desperat för att rädda hennes liv.
Roux tillade att den "kända kriminaltekniken" stämmer överens med sprinterns version av händelserna och att en obduktion visade att Steenkamp hade en tom blåsa vid tidpunkten för hennes död.
Det skulle tyda på att hon besökte toaletten på egen hand, i stället för att fly från sin pojkvän, sade han.
På onsdagen berättade Det Botha för domstolen att skottbanan genom badrumsdörren visade att Mr Pistorius, en dubbel amputerad, bar sina protesben och sköt nedåt genom dörren.
Detta motsade en tidigare redogörelse från Pistorius, som sade att han gick på sina stubbar och tog sitt vapen eftersom han kände sig sårbar när han trodde att en inkräktare hade kommit in i hans hem.
Vad hände på natten?
Men Det Botha ändrade också sitt vittnesmål om närheten till vittnet som han sade hade hört argument.
Han sade att polisen hade tappat bort spår av ammunition som hittats inne i huset, och han anklagades också för att inte bära skyddskläder på brottsplatsen.
Försvaret svarade också polisen föreslår att testosteron och nålar hade hittats i Mr Pistorius sovrum, argumenterar istället att ämnet var en örtmedicin som kallas Testocompasutium co-enzym.
På torsdag sa åklagaren Gerrie Nel till domstolen att Pistorius inte borde beviljas borgen bara för att han är känd.
Han brännmärkte Mr Pistorius som en man "benägen till våld" som hotade Ms Steenkamp och så småningom dödade henne.
Han var kritisk mot Pistorius edsvuren affidavit läste för domstolen på tisdagen, sade idrottsmannen hade en historia av våld som beskrev honom som "vilja och redo att döda".
Sydafrikas främsta detektiv är att ta över Oscar Pistorius-utredningen mitt i mordförsöket på nuvarande chefsofficer Hilton Botha.