1990年代中期以来，胡锦涛、江泽民、吴邦国、贾庆林、李长春、习近平、李鹏、李瑞环、李岚清等党和国家领导人相继视察中国科大，对学校建设与发展给予热情关怀和勉励，中国科学院、国家教委和安徽省委、省政府给予大力支持，使学校在国内外激烈竞争中，保持快速、健康、持续发展的良好态势。
1988年2月，国务院任命中国科学院学部委员谷超豪为中国科大校长，调刘乃泉任党委书记。1990年4月，汤洪高任党委书记兼常务副校长。1993年7月，汤洪高任校长，余翔林任党委书记。1998年6月，国务院任命中国科学院院士朱清时任中国科大校长，汤洪高任党委书记。中国科大的领导体制由1984年以来试行校长负责制，转换为实行党委领导下的校长负责制。
一、首批进入“211工程”
自1993年起，中国科大认真贯彻落实《中国教育改革和发展纲要》，根据国家实施“211工程”和中国科学院结构调整的部署，制定“211工程”规划，提出了以改革为动力，进行学校历史上的第三次创业，经过跨世纪的努力，把学校建成国际著名、规模适中、独具特色的研究型大学，成为国家重要的教学科研基地，向世界一流大学迈进。至此，中国科大继1958年创办初建和1970年迁校重建以后，踏上了第三次创业的征程，开始了新一轮改革创新。
1994年9月，中国科大“211工程”规划顺利通过中国科学院组织的部门预审，22位教育界科技界专家学者，其中包括19名“两院”院士，一致肯定了中国科大的办学成绩和“211工程”规划工作。1995年12月，国家教委、国家计委、财政部在部分高等学校“211工程”立项工作会议上，确定包括中国科大在内的一批重点大学进入国家“211工程”重点建设项目。1996年8月，中国科大“211工程”建设项目可行性研究报告顺利通过根据国家“211工程”部际协调小组办公室统筹部署、由中国科学院组织实施的国家立项论证，标志着学校“211工程”建设进入以项目实施为重点的实质性建设阶段。1997年1月24日，国家计委就中国科大“211工程”建设项目可行性研究报告批复中国科学院，同意中国科学技术大学作为“211工程”项目院校，在“九五”期间进行建设，批复确定了学校“211工程”的总体建设目标、主要建设任务、经费投资安排和建设计划、要求实现的效益等。2001年5月， “九五”“211工程”项目通过国家验收。2002年9月，中国科大“十五”“211工程”建设项目可行性研究报告通过教育部和中科院组织的专家立项论证审核。同年10月，国家发改委批复我校继续进行“211工程”建设。2006年，“十五”“211工程”建设项目通过国家验收。2008年7月，国家发改委、教育部、财政部批准中国科大正式实施“211工程”三期建设。
二、首批实施“985工程”
1998年5月，国家决定实施 “985工程”。1999年7月，中国科学院、教育部、安徽省政府签署重点共建中国科大协议，中国科大成为首批九所国家重点建设的高校之一。这是“985工程”签署的第一个重点共建协议。2004年10月，中国科学院、教育部、安徽省签署协议，继续重点共建中国科大。2004年11月，教育部、财政部正式批复我校继续进行“985工程”二期建设。
科技创新平台是“985工程”建设的核心内容,学校根据学科建设需要，采取 “分层”建设的办法，逐级推进，分类实施，初步形成了以共享为核心，集综合性、交叉性、开放性为一体，国际化程度较高，制度完善，功能先进，整体达到国内高校领先水平的科技创新三级平台体系。
三、参与知识创新工程
1998年，中国科学院作出了实施知识创新工程的重大战略决策，同年中国科大被纳入知识创新工程体系试点范围。作为知识创新工程的重要组成部分，从1999年至2001年，中科院每年支持中国科大1亿元人民币用于实施高水平大学建设。2001年，中科院在实施知识创新工程中进一步加大了对学校支持的力度，将中国科大整体纳入全面推进阶段的知识创新工程试点范围。面临这一新的历史机遇，中国科大将“985工程”、“211工程”与知识创新工程试点工作紧密结合起来，实施了一系列重大改革发展举措，重点加大了对教学和人才培养、学科与科研基地建设、师资队伍、公共服务体系和基础设施建设等方面的投入力度，建设步伐明显加快，办学条件得到明显改善。
2006年，中国科学院启动实施知识创新工程三期建设。中国科大积极组织力量参与“1＋10”科技创新基地建设，得到中科院的进一步持续支持。
四、改革办学体制，探索新的办学模式
在中国科学院的积极支持下，1994年9月，中国科大与中国科学院合肥分院联合成立中国科大高等研究院。高等研究院于1997年9月正式启动运行，朱清时兼任院长。这不仅是双方优势互补、增强实力、谋求发展的内在必然要求，也是中科院结构调整的一项重要内容和此后知识创新工程试点的重要组成部分，旨在发挥中国科大与合肥分院各研究所的整体优势，建设一流的合肥科教基地，同时也为促进教育与科研相结合进行有益的探索。
1996年10月，中科院院长路甬祥与安徽省省长回良玉分别代表中国科学院和安徽省省政府签署院省共建中国科大的协议，标志着中国科大在办学和管理体制改革方面取得了重要的实质进展。
五、调整学科专业，实行校院系三级管理
1990年代中期以来，中国科大结合“211工程”建设，在学科建设方面进行了结构性调整，在继续加强同科学院各研究所合作，积极推进与研究生院（北京）和管理学院实质性联合的同时，先后成立了理学院、商学院（后更名为管理学院）、化学与材料科学学院、生命科学学院、工程科学学院、信息科学技术学院、人文与社会科学学院、地球和空间科学学院，学院院长大多由“两院”院士或知名教授担任。下设26个系，初步建成了校、院、系三级管理的运行机制，逐步按学科群组织教学，学科专业结构更加符合现代高等教育和科技发展的规律。1998年，本科专业数由原来的43个调整到36个，拓宽了专业的涵盖面。2002年，学校19个二级学科进入国家重点学科行列，另有19个二级学科被评为安徽省重点学科。2007年，学校8个一级学科（涵盖41个二级学科）、4个二级学科被评为国家重点学科，总数居全国高校前列。另有19个二级学科于2008年被评为安徽省重点学科。在理学门类，一级国家重点学科数并列全国高校第一；理学博士点的国家重点学科覆盖率达100%。在工学学科门类，博士点的国家重点学科覆盖率达40%。
截至2008年，学校共有133个硕士学位授予点，98个博士学位授予点，其中一级学科博士、硕士学位授权点18个；同时还拥有MBA、MPA、工程硕士（14个领域）3个专业学位授予点；建有17个博士后流动站，增强了高层次人才培养能力。
六、深化教学改革，培养创新人才
1990年代以来，中国科大以调整人才培养结构和规范为目标，以更新和调整教学内容、优化课程为核心，组织教师参加原国家教委主持的“面向21世纪的教学内容和课程体系改革”立项研究工作。在研项目近百个，已获得国家级教学成果奖多项。1994年起，中国科大多次召开教育思想研讨会，围绕面向21世纪高质量人才培养的发展战略、全面素质教育、创新精神培养等主题，发动师生员工进行研讨，提出“基础宽厚实、专业精新活、注重培养全面素质和创新精神”的教学原则，研究制定科技创新人才的培养方案，探索建立创造性素质教育的体系。1988年，学校组织力量，对世界一流大学的本科、研究生教育的教学内容进行调研，以进一步深化教学内容和课程体系改革。同时，学校鼓励和选派一流教师上基础课，1999年起实行讲座教授、首席专家和杰出青年奖励制度。
为加强教学实验基地建设，中国科大“八五”期间投入专项经费大面积改善实验教学条件，探讨实验教学的创新之路，增加综合性、设计性、自主性和开放性实验内容，着重学生的能力培养。同时，学校积极开展现代化教学手段的探索，涌现出一批优秀成果，越来越多的课程改变了以往黑板加粉笔的教学方式，利用多功能教室的多媒体计算机组织教学。中国科大计算机网络是高校中普及面和使用率最高的网络之一，其中本科生和研究生占整个网络使用量的70%以上。
中国科大注重创新素质教育，增强学生的创造能力。多年来，学生在国内外一系列科技学术竞赛中屡创佳绩，捷报频传。1997年，中国科大与联想集团签订了共建中国科大联想计算机学院的协议，让企业管理者直接进入课堂，在校生提前进入企业参与实际工作，探索创造性人才培养新模式。作为教育部全国大学生文化素质教育基地，中国科大不断加强学生全面素质教育，丰富和规范人文、艺术、经管、法学、保健和史学等选修课程，还组织各类社会名家系列讲座、艺术表演等，受到学生的热烈欢迎，在校内外引起良好反响。
50多年来，中国科大共为国家培养了8万余名优秀毕业生，他们在各条战线上为国家做出了重要的贡献；多名毕业生在国外工作或学习，为国家争得了荣誉。1996年底，国际权威学术期刊——美国《科学》杂志评出当年全球十大科技成就，中国科大1986届毕业生宋晓东因其关于地球内核运动的重大发现而名列其中。首期少年班学生张亚勤当选为美国电器电子工程学会院士，是这项美国电子工程领域最高荣誉设立110年来最年轻的院士。1998年度，潘建伟等人在国际上首次成功实现量子态隐形传送以及纠缠态交换，被《科学》杂志评为年度全球十大科技进展之一，其有关实现未知量子态的远程输送的研究成果于1999年同伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论等影响世界的重大研究成果一起被《自然》杂志评为“百年物理学21篇经典论文”。 潘建伟及其同事的研究成果曾先后8次入选欧洲物理学会“年度物理学十大新闻”和美国物理学会“年度物理学重要进展”。还有在计算数学等领域成绩卓著、获得1997年度美国青年科学家和工程师总统奖的鄂维南，首次在国际上证实爱因斯坦所预言的黑洞自转理论的崔伟……等等，他们都以出色的成就，为学校赢得了社会公认的良好信誉。
七、重组科研优势,致力科技创新
中国科大一直重视科研工作, 学校始终坚持面向国家重大战略需求和世界科技前沿，以学科交叉为核心，以平台建设为重点，统筹“人才、项目、基地与成果”一体化建设，培育了一批高素质的科技创新人才和团队，承担了大量国家科研任务，初步形成了以国家实验室为龙头的园区式科技创新平台体系，取得了一系列具有国际水平的科技成果。至2008年，学校已建成国家同步辐射实验室、合肥微尺度物质科学国家实验室（筹），火灾科学国家重点实验室，国家高性能计算中心（合肥）、蒙城地球物理国家野外科学观测研究站等5个国家级科研机构，结构分析、量子信息、选键化学、结构生物学等21个院、省、部级科研机构，此外还建有55个校级科研机构。在建设和利用好现有重点研究机构的基础上，学校还设立“科研基地建设择优支持基金”，滚动支持新的学科生长点以及有良好基础和前景的实验室。
中国科大依托中国科学院，充分发挥教学与科研结合和多学科综合优势，积极参与国家大科学工程建设。国家同步辐射实验室于1989年正式建成，获得国家科技进步一等奖、中科院科技进步特等奖，1990年1月被《科技日报》评为1989年我国十大科技新闻之首。在“九五”期间国家大科学工程建设中，中国科大作为国内高校唯一直接参与立项和承担建设任务的大学，独立承担了“国家同步辐射实验室二期工程”项目，建设总经费为1.18亿元。2003年11月，科技部又正式批准了中国科大筹建合肥微尺度物质科学国家实验室，使科大成为目前全国唯一拥有两个国家实验室的高校。初步形成了以国家实验室为龙头的园区式科技创新平台体系。学校还参与承担了“HT-7U超导托卡马克装置”项目、“大天区面积光纤光谱天文望远镜（LAMOST）项目”等大科学工程建设，显示出中国科大强劲的科研竞争实力。
截至2008年，学校共承担各类科研项目9900余项，国家自然科学基金委面上项目资助率始终位居全国高校前茅。学校作为第一完成单位先后获得国家级科技奖励36项、省部级科技奖励459项。共有14项成果分别入选中国十大科技进展新闻6次、国际物理学重大进展2次、中国基础科学研究十大新闻6次、中国高等学校十大科技进展6次和国内十大科技新闻2次。学术论文数量和质量在全国高校中均名列前茅。自2006年国家科技部启动实施四个重大科学研究计划以来，中国科大共牵头承担了10项重大项目，占全国高校承担项目总数的1/6，高居榜首。学校每年在国际核心学术期刊上发表的论文总数和被引用情况，一直列全国高校科研业绩“四强”之一，人均论文数名列榜首。范洪义、赵永、李健民、郭其鹏等数次名列我国个人在国际上发表论文及引用次数第1、2名。在美国《科学》和法国《研究》杂志评出的中国最杰出大学中，中国科大均名列第三。
中国科大在保持精干的基础研究和高技术研究力量的同时，还十分重视面向国民经济建设主战场，加强校企联合和产学研合作，促进科技成果的应用与转化，与大庆公司等大型企业建立了长期和卓有成效的科技合作关系，取得了良好的社会效益和经济效益。
八、加强队伍建设，增强创新活力
近年来，中国科大不断加大教师队伍建设和结构性调整的力度。学校高度重视高层次学科带头人队伍建成设，现有“两院”院士28人，其中1997年、2003年分别增选中国科学院院士5名，当选人数居全国各大学和研究单位之首，表明科大高层次学术队伍实力得到显著增强。
中国科大教师队伍相对年轻，中青年教师占教师总数的80%以上，初步建成了一支个体素质优、群体实力强、老中青相结合的教师队伍。学校积极招聘海外学子回国工作，每年都有20多名学成回国的“洋博士”来校工作。学校公派的访问学者归国率达80%以上，近百名海外学者被聘为兼职教授或高级访问学者。在中国科大，优秀留学人员已经挑起了教学、科研重担，一批不满40岁的教授担任博士生导师和校、系领导。为了保持持续的创新活力，中国科大非常注重师资队伍的知识更新，坚持面向世界，开放办学。学校制定了一系列鼓励开展国际学术交流的政策，积极支持教师出国进修、开展合作研究和参加国际会议。目前，1000余名教师有在国外学习或工作一年以上的经历，他们在学校的教学、科研和管理工作中发挥着重要的骨干作用，教师们与国际学术界始终保持着密切的联系。
