Ugyanezekben az években kezdődött a külföldi vendégszereplések sora. 1952-ben az akkor Magyar Állami Hangversenyzenekarnak elnevezett együttes ideális vezető karmestert talált Ferencsik János személyében. Az 1960-as évektől a híres vendégdirigensek látogatásai ismét megszaporodtak, újra eljött Ernest Ansermet, Doráti Antal, Zubin Mehta, Lorin Maazel, Sir John Barbirolli, Leopold Stokowski, Claudio Abbado és Christoph von Dohnányi. A hangversenyeken közreműködő szólisták sora hasonlóképp figyelemre méltó: Szvjatoszlav Richter, Yehudi Menuhin, Anja Silja, Starker János, Ruggiero Ricci - csak néhány név a számos világhírű muzsikus közül, akik felléptek az együttessel. Ferencsik János halálával egy jelentős korszak zárult le a zenekar életében. 1987-ben sikerült megtalálni Ferencsik méltó utódát, a Magyarországon rendkívüli népszerűségnek örvendő japán dirigenst, Kobayashi Ken-Ichirót, aki tíz évig állt az együttes élén.

1997 őszétől a főzeneigazgatói teendőket Kocsis Zoltán látja el. Segítőtársul a fiatal magyar karmesternemzedék egyik legtehetségesebb tagját, Hamar Zsoltot kérte fel, aki 2004 júniusáig töltötte be az első állandó karmesteri posztot. 2004 áprilisától 2006 végéig az együttes állandó vendégkarmestere a nagyszerű klarinétművész és kiváló dirigens, Berkes Kálmán volt. A zenekar jelentőségének és minőségének elismerését mutatja, hogy 1998-ban a Nemzeti Énekkarral együtt kiemelt nemzeti alapintézménnyé minősítették. Az elmúlt néhány esztendőben a zenekar rendkívül sok külföldi meghívást kapott. A New York-i Avery Fisher Halltól a tokiói Suntory Hallon át a birminghami Symphony Hallig, az athéni Megaron Musicostól a Colmari Fesztiválig arattak sikereket. 2003 februárjában adott New York-i koncertjüket a ConcertoNet című rangos internetes komolyzenei lap tekintélyes kritikusa az évad legjobb hangversenyének járó Lully-díjjal ismerte el.

2003 tavaszán jelent meg a Kocsis Zoltán Debussy- és Ravel-hangszereléseit tartalmazó CD, amely - a Ferencsik-korszak számos nagyszerű lemezét követő hosszú szünet után - az első felvétele a Kocsis vezetésével megújult Nemzeti Filharmonikus Zenekarnak, s amely rögtön elnyerte a Gramofon című magyar zenei szaklap kritikusai, illetve a cannes-i Midem Classical Awards nemzetközi zsűrijének tagjai által odaítélt "Az év legjobb magyar klasszikus lemeze" díjat. 2004 februárjában három újabb CD-je jelent meg a zenekarnak: az egyiken három Bartók-mű - a Tánc-szvit, a Concerto és a Magyar parasztdalok - hallható. Az amerikai ClassicsToday.com vezető szerkesztője, a cannes-i Midem zsűrielnöke szerint "nem létezik ennél jobb felvétele a Tánc-szvitnek", a Concertóról pedig azt írja, "nem készült még ehhez fogható felvétel erről a műről, ennyire zsigeri szinten izgalmas, ugyanakkor Bartók partitúrájához formájában és szellemében egyaránt ennyire hű". A másik két CD válogatást tartalmaz a 2001-2002-es évad koncertfelvételeiből: az egyiken Dohnányi, Debussy (Kocsis hangszerelésében) és Rahmanyinov, a másikon Schönberg és Varese egy-egy művét rögzítették.

A zenekar - az énekkarral és a kottatárral együtt - 2005 elején költözött be új otthonába, a Művészetek Palotájába, ahol 2005. január 8-án az együttes adta a legelső koncertet. A hangverseny egy részének - Mozart két g-moll szimfóniájának - felvétele CD-n is megjelent, amely számos elismerő kritikát kapott itthon és külföldön. Az együttes tevékeny részt vállal a Kocsis Zoltán művészeti irányításával, a Hungaroton gondozásában 2006-ban indult Bartók-összkiadás elkészítésében. Az új sorozat első darabjaként 2006 decemberében a Kossuth-szimfónia és A fából faragott kiráéyfi felvétele jelent meg, amely már az első néhány hónapban is jelenrős nemzetközi sikereket könyvelhetett el (Diapason d'or, Pizzicato Supersonic-díj stb.). 2007 szeptemberében került forgalomba a sorozat második CD-je, amely a Fiatalkori hegedűverseny új, valamint a Rapszódia és a Scherzo korábbi felvételét tartalmazza.

Az UNICEF Magyar Bizottsága 2006. december 1-jén a Nemzeti Filharmonikusokat az UNICEF magyarországi jószolgálati nagykövetévé nevezte ki.