2001年，国大博学计划推出。这项计划分别从文学暨社会科学院、商学院、计算机学院、设计与环境学院、工程学院和理学院等各大学院遴选最杰出的资优生，为他们提供一个可激发求知欲并最大限度发挥潜能的环境，让他们集中学习。
2002年，国大宣布新愿景新使命：国大将秉承“发展知识、鼓励创新，教育学生、培育英才，服务国家、回报社会”这一使命，实现“跻身全球知识企业之列，使教育、研究、创业，协同发展”这一愿景；以期在一个知识推进、飞速创新的全球经济体，更好地迎接新挑战、抓住新机遇。
2004年，国大在智利举行的环太平洋大学联盟（APRU）常年校长大会上，获推选连任主席，在新的两年任期内继续领导这个由36所顶尖研究型大学组成的联盟。
2005年，国大同亚、澳、欧、美四大洲的9所顶尖研究型大学签署协议，成立研究型大学国际联盟（International Alliance of Research Universities–IARU）。
2006年，国大与上海复旦大学及韩国高丽大学合作，共同成立了“上海、首尔、新加坡大学联盟”（取三座城市英文名，简称“S3大学联盟”）。
2008年1月31日，大学城（University Town）奠基仪式在原沃伦高尔夫球场举行，由李显龙总理亲临主持。国大与欧洲宇航防务与航天集团（European Aeronautic Defence and Space Company – EADS）签署科研承包框架协议（Contract Research Framework Agreement）。
2009年，国大校长陈祝全教授宣示国大的新愿景、新使命：国大将秉持着“立足亚洲、放眼世界、影响未来的世界级顶尖大学”之愿景，立志成为一所受认可为足以影响亚洲未来走势的权威学府。 2010年，国大在中国开设第一所研究院—新加坡国立大学苏州研究院。
2012年，国大和淡马锡基金会联合推出“淡马锡基金会—国大大学领袖计划”（TF-NUS Programme for Leadership in University Management ）。