ב-6 באוגוסט יצא כוח "משנה אטלס" - כוח של הנדסה קרבית שכלל 14 לוחמים-פלסים, 3 דחפורי D9 ו-2 נגמ"שי פומ"ה בפיקוד סמ"פ בדרגת סגן - תפקיד הכוח היה לפתוח ציר באורך 10 ק"מ בזירת האירוע בה ארעה החטיפה ולפתוח את הדרך לשתי אוגדות. במהלך המבצע נכנס הכוח לוואדי דבל, שם סבל מניתוק הקשר עקב חוסר קליטה, ונקלע למארב של עשרות לוחמי חזבאללה. דחפור אחד נפגע מירי טיל נגד טנקים ושני אנשי צוותו נפצעו קשה, ודחפור נוסף נפגע ממטען צד. הכוח נלחם בעשרות מחבלים והצליח למנוע את חטיפת הפצועים. לאחר שנפסקה האש המשיך הכוח בפריצת הציר והשלים את המשימה. הכוח הגיע 10 ק"מ לעומק לבנון, שם עצר בגלל הזריחה והקים מגנן לכוח. במגנן חזר הקשר והפיקוד הורה לכוח לחזור לארץ. בדרך חזרה פינו פרמדיק פצוע מחטיבת הצנחנים, אותו העמיסו על הפומ"ה. בדרך חזרה נפגע דחפור נוסף מירי טיל נ"ט, אך אנשי הצוות לא נפגעו, ומיד לאחר מכן פגע טיל נ"ט נוסף בפומ"ה והרג את הפרמדיק מהצנחנים ופצע את כל יושבי הפומ"ה, חלקם קשה. הכוח עלה בקשר ומפקד גדוד 601 הזעיק חילוץ. כעבור 30 שעות מאז תחילת הפעולה חולץ הכוח והפצועים פונו לבית החולים נהריה.
ב-11 באוגוסט התרחש הקרב על הסלוקי בו תמרנו חטיבה 401, חטיבת הנח"ל וגדוד 605 אל נחל סלוקי תוך מלחמה בעשרות מחבלי חזבאללה חמושים בטילי נ"ט מתקדמים ומרגמות. במהלך הקרב, כוחות הנדסה מגדוד 605 בפיקוד סא"ל אושרי לוגסי וסא"ל אבי כהן (ברימו) פרצו דרך לכוחות היבשה וחילצו פצועים רבים וכלים פגועים. בקרב נהרגו 7 לוחמי צה"ל ונפצעו עשרות, ולאויב נהרגו 80 מחבלים. יום אחרי סיום הקרב הסתיימה המלחמה.
במלחמת לבנון השנייה נהרגו 16 לוחמי הנדסה. ב-10 באוגוסט 2006 אירע אחד מהאירועים הקשים מבחינת חיל ההנדסה במלחמה כשבמהלך הקרב על דבל פגע טיל נגד טנקים במבנה בו שהו חיילי צה"ל ומהפגיעה נהרגו תשעה חיילי גדוד החבלה של עוצבת האש וכמעט 30 נפצעו. לקראת סוף המלחמה נהרגו בקרב על הסלוקי מפקד ומפעיל D9 מטיל נגד טנקים שפגע ישירות בדחפור בו נסעו.
ב-9 באוגוסט 2007 פורסמו רשימת מקבלי האותות. שני לוחמי הנדסה קיבלו את עיטור המופת: רב-סמל אורי לרנר וסמל-ראשון עופר מאיר; ועוד 2 לוחמי הנדסה קיבלו את צל"ש הרמטכ"ל: סא"ל אבי כהן (ברימו) ורס"ן . לוחמי הנדסה נוספים קיבלו צל"שי אלוף, מפקד אוגדה ומפקד חטיבה.
חיל ההנדסה במבצע עופרת יצוקה.
במהלך מבצע עופרת יצוקה (שהחל ב-27 בדצמבר 2008 והסתיים ב-18 בינואר 2009) נגד טרור הרקטות הובילו לוחמי חיל ההנדסה את הכוחות הקרקעיים, פרצו דרכים לכוחות החי"ר והשריון באמצעות דחפורי D9 ומערכות צפע שריון וצפע חי"ר. ה-D9 ספגו הרבה מטענים וטילי נ"ט, ברוב המקרים ללא נזק משמעותי לכלי וללא פגיעה באנשי הצוות. במבצע הופעלו בהצלחה ובאופן נרחב דחפורי "רעם השחר", דחפורים לא-מאוישים מדגם D9N. במהלך הפעילות לא נהרג אף מפעיל D9. לוחמי יהל"ם נטרלו מאות מטעני חבלה ומלכודות נפץ. בנוסף לוחמי חה"ן חשפו והשמידו בונקרים ומנהרות של חמאס. ב-6 בינואר 2009 נהרג אחד מלוחמי יהל"ם בהתקלות עם מחבל מתאבד. במהלך הפעילות חשפו הכוחות אמל"ח, מעבדות נפץ ומנהרות תת-קרקעיות של חמאס אותם השמידו לוחמי ההנדסה באמצעות חומרי נפץ.
במהלך המבצע הרסו כוחות ההנדסה באמצעות דחפורי D9 או חומר נפץ כ-600 מבנים ששימשו לפעילות טרור או היו ממולכדים.
במבצע השתתפו גדוד 601, גדוד 603, גדוד 605, יהל"ם וגדוד ציוד מכני הנדסי פיקוד דרום (גדוד 8163). גדוד 601 נלחם בגזרת זייתון תחת פיקוד חטיבת גבעתי. גדוד 603 לחם בגזרת נצרים תחת פיקוד חטיבה 401 ופלוגה ממנו תחת פיקוד חטיבה 35. גדוד 605 לחם תחת פיקוד חטיבת גולני בגזרת שג'אעיה. יהל"ם וגדוד הצמ"ה הפיקודי סייעו לכלל הכוחות בכל הגזרות.
על פעילותו במבצע זכה חיל ההנדסה לערב ותעודות הוקרה מטעם פיקוד הדרום. רמ"ט פיקוד הדרום תא"ל הראל כנפו הודה "לחיילי המילואים של ההנדסה מתחום הצמ"ה שנכנסו לקרב ראשונים ויצאו אחרונים. אי אפשר לספור את כמות הפעילות של מערך ההנדסה, פעילות שבעיקרה נועדה להגן על כל היתר. חיל ההנדסה הוא החיל היחידי שפוצל לרמת המחלקה, וכולם התחננו לקבל הנדסה בכוח שלהם".
חיל ההנדסה בעשור השני של המאה ה-21.
בתקופת הקהנ"ר משה שלי (2007–2011) חל תהליך התעצמות בחיל שבמסגרתו נרכשו אמצעי לחימה חדשים ורבים. במהלך שנת 2010 הגיע חיל ההנדסה הקרבית לראשונה למצב בגיוס שבו על כל מקום פנוי שיש בחיל, יש לפחות מלש"ב אחד שבחר להתגייס לחיל בעדיפות ראשונה (יחס של 1:1 ומעלה).
אחרי ההשתלטות על ספינות המשט לעזה ובפרט על המאווי מרמרה, נשלחו לוחמי הס"פ של יהל"ם כדי לוודא שהאוניות והמטען אותו הן נושאות לא ממולכדים או מכילים אמצעי לחימה.
ב-2 בדצמבר 2010 פרצה השרפה הגדולה בהר הכרמל וחיילי חיל ההנדסה נקראו לסייע. פלוגות צמ"ה איו"ש וצמ"ה 601 שלחו כ-20 כלים למערכה, בהם 4 דחפורי D9R משוריינים, יעה זחלי מדגם קטרפילר 963 ושופלים מדגם קטרפילר 966. כלי הצמ"ה פרצו דרכים לכבאיות ורכבי הכיבוי, כיבו שריפות באמצעות קבירת האש בעפר וכן גילחו קווי צמחייה ועקרו עצים על מנת למנוע מהאש להתפשט. בנוסף, סייעו החיילים בשטח לכבאים בכיבוי האש.
מאז 2010 גברה בצה"ל ההכרה בחשיבותה ויכולותיה של יחידת יהל"ם, ותחת פיקודו של סא"ל סהר אברג'יל, הפכה היחידה לדומיננטית ונפח הפעילות שלה גדל באופן ניכר והפך לאחד הגדולים בצה"ל.
ב-2012 קלט חיל ההנדסה הקרבית דחפורי D9 חדשים עם מיגון משופר. כמו כן, נכנס לניסויים נגמ"ש הנדסה המבוסס על הנמ"ר (נגמ"ש מרכבה), אב-טיפוס של הנמ"ר ההנדסי שנקלט בחיל ב-2016.
בנובמבר 2012 הרסה פלוגת הצמ"ה של גדוד 603 את מחנה כורדני הנטוש בקריית מוצקין באמצעות 7 דחפורי D9. ההריסה בוצעה על ידי היחידה ולא על ידי קבלן חיצוני על מנת לחסוך בעלויות וגם לספק אימון ללוחמי הצמ"ה. במקום המחנה הנטוש ייבנו מאות יחידות דיור.
ב-10 במרץ 2014 ירה לוחם גדוד האב"כ של חיל ההנדסה בשופט ירדני ממוצא פלסטיני שניסה לחטוף את נשקו של החייל ולתקוף אותו במעבר אלנבי. הירדני נהרג כתוצאה מהירי, דבר שגרם למשבר ביחסים הדיפלומטיים בין מדינת ישראל לירדן.
באמצע מרץ 2014 חשפו כוחות של חיל ההנדסה הקרבית מנהרת טרור שחפר חמאס מרצועת עזה אל תוך שטח ישראל.
ביוני 2014 השתתפו לוחמי חיל ההנדסה הקרבית, במבצע שובו אחים הן בחיפושים והן בסיוע הנדסי. בשבוע השני של המבצע חשפו לוחמי סמו"ר עשרות מנהרות תת-קרקעיות שחפרו הפלסטינים באזור חברון. כוחות של חיל ההנדסה הקרבית לקחו חלק חשוב במצוד אחרי חוטפי ורוצחי שלושת הנערים ופעלו לאורך כל החיפוש עד שאותרו המחבלים בבית בחברון על ידי השב"כ. כוחות צה"ל והימ"מ הטילו מצור על הבית וכאשר המחבלים סירבו להיכנע החל מחפר ממוגן של חיל ההנדסה בקילוף קירות המבנה והרצפה שהיוותה את הגג של המרתף בו הסתתרו המחבלים. המחבלים נחשפו ונהרגו אחרי חילופי אש עם לוחמי הימ"מ.
חיל ההנדסה במבצע צוק איתן.
ב-8 ביולי 2014 פתח צה"ל במבצע צוק איתן ברצועת עזה בתגובה לירי מסיבי של פצמ"רים ורקטות ארטילריות על יישובי הדרום ועוטף עזה. ב-17 ביולי בעקבות פיגוע חדירה של מחבלים דרך מנהרה תת-קרקעית אל שטח ישראל שסוכל, החל צה"ל בתמרון קרקעי אל תוך רצועת עזה. אחת המטרות העיקריות של הכניסה הקרקעית הייתה לאתר, לחשוף ולהשמיד את כל מנהרות החדירה מרצועת עזה אל שטח ישראל. את המשימה ביצעו כוחות חיל ההנדסה הקרבית בשילוב חטיבות חיל הרגלים וטנקים של חיל השריון. במהלך המבצע אותרו למעלה מ-30 מנהרות ולמעלה מ-60 פירי כניסה. לוחמי סמו"ר של יחידת יהל"ם פוצצו את המנהרות באמצעות חבלה ומערכת אמולסיה לפיצוץ מנהרות. במנהרות שפוצצו הסתתרו מחבלים רבים שנהרגו בפיצוצים. במקביל, סייעו לוחמי ההנדסה לכוחות החי"ר והשריון להתגבר על המלכודים ומטעני החבלה שהטמינו הפלסטינים. לוחמי הצמ"ה פרצו דרכים לכוחות באמצעות דחפורי D9 משוריינים וחשפו פירי מנהרות באמצעות דחפורי D9 ומחפרי באגר E-349 ממוגנים.
למבצע גויסו 5 גדודי מלואים וכל יחידות החיל הסדירות.
בתחילת המבצע, ב-8 ביולי, צוות דחפור D9 משוריין בפיקוד סרן סלמאן חיחי היה שותף בסיכול פיגוע חדירה מהים של הקומנדו הימי של חמאס בחוף זיקים: הדחפור הסתער אל עבר המחבלים, ספג ירי נק"ל ורימונים, המשיך בהסתערות ואז מפקד הדחפור הרג 2 מחבלים בירי מטווח קצר מתוך הכלי. על כך קיבל אות הצטיינות מהרמטכ"ל.
במבצע זה לראשונה הצליחו המחבלים הפלסטינים להרוג מפעיל D9 אחרי 14 שנות לחימה. ב-28 ביולי, במהלך הקרב על חרבת אחזעה, חוליית נ"ט בת 10 מחבלים ירתה רקטת RPG על הדחפור, ומהפגיעה נהרג אחד מאנשי הצוות, סמ"ר , והשני נפצע קשה. חוליית הנ"ט נמלטה לבית סמוך ודחפור D9 אחר של גדוד 603 מוטט עליה את המבנה והרג 8 מהמחבלים בחוליה, ו-2 המחבלים שנותרו נתפסו ונלקחו לחקירה. על כך הוענק לצוות ה-D9 (מפעיל ומפקד) שהרסו את המבנה והרגו את המחבלים צל"ש מפקד אוגדה. ב-30 ביולי פגע טיל נ"ט נוסף בדחפור D9 ופצע קל שני חיילים.
בסך הכל, במהלך הלחימה הקרקעית - מה-17 ביולי ועד ה-3 באוגוסט, נהרגו 6 לוחמי הנדסה (בהם לוחם יהל"ם ומפעיל D9).
ב-19 בינואר 2015 הוענק לגדוד ציוד מכני הנדסי פיקוד המרכז, גדוד מילואים קרבי של חיל ההנדסה הקרבית המתמחה בהפעלת כלי צמ"ה בפיקוד המרכז, צל"ש הרמטכ"ל על לחימתו במבצע צוק איתן ועל פעילותו להשמדת המנהרות. בדברי ההסבר לצל"ש נכתב: בנוסף לצל"ש זה קיבלו לוחמי ההנדסה שני צל"שי אלוף, שני צל"שי מפקד אוגדה ושלושה צל"שי מפקד חטיבה, אות הערכה מטעם הרמטכ"ל אחד וכן מספר מכתבי הערכה.
חיל ההנדסה לאחר מבצע צוק איתן.