במהלך האינתיפאדה השנייה ובמבצע חומת מגן פעלו היחידות בלחימה בערים הפלסטיניות, במאוחד או בנפרד. בשנת 2003 הוענק לרון וייזל, מפקדו הראשון של הגדס"ר, צל"ש אלוף מאת מפקד פיקוד הצפון, בני גנץ, על האופן בו פיקד על הגדוד בשורה של מבצעים באיו"ש וברצועת עזה, ובהם מבצע משפחה במצור, פשיטה בעומק שכונת סג'עייה שברצועת עזה, על מנת לעצור שלושה מחבלים בכירים מארגון החמאס. הכוח שבפיקודו הרג אחד-עשר מחבלים והשלים את המשימה.
בשנת 2005 שונה מסלול ההכשרה כך שכל הלוחמים עברו מסלול דומה, מלבד הפרק הייעודי, ב"שטח אש 100". המסלול כלל אימוני חי"ר מתקדמים כגון: לוחמה בטרור, ניווטים, צניחה, סיור וקרב מגע. מסלול ההכשרה של כל הפלוגות היה דומה ברובו, אך בעוד הפלס"ר התמקדה באימוני לוט"ר וסיור, הפלנ"ט עברה הכשרת טילי עורב, והפלחה"ן - הכשרת חבלה. למעט חודש אחד במסלול בו כל פלוגה עברה את האימון הייעודי שלה, כל המסלול לכל הפלוגות נעשה במקביל אחת לשנייה.
בשנת 2013 זכה הגדוד בפרס הרמטכ"ל ליחידות מצטיינות.
בשנת 2018 הפך גדוד הסיור לסיירת ושמו שונה לסיירת גולני. כמו כן הוחלט שכל הלוחמים יענדו רק את הסמל של הפלס"ר, הנמר המעופף במקום הסמל הקודם, של הגדס"ר (שכלל בתוכו את הסמלים של הפלס"ר, פלחה"ן ועורב).
פלס"ר גולני - פלגה א'.
פלס"ר גולני הייתה פלוגת הסיור של חטיבת גולני, והייתה ידועה גם בשמה העממי סיירת גולני. מוטו היחידה "לכל מקום שנרצה, בכל דרך שנבחר".
במלחמת העצמאות הקים רפי קוצר, מפקד מחלקה בגדוד 12 (ברק) את "מחלקת הקומנדו", שהייתה גלגולה הראשון של הסיירת, ופיקד עליה במהלך קרבות סג'רה, הקרב על קיבוץ גשר ומבצע חירם. לקראת תום מלחמת העצמאות המחלקה הורחבה לכדי "פלוגת הג'יפים החטיבתית", תחת פיקודו של מוסה פלד, אשר בדצמבר 1948 הוקמה כחלק מגדוד 19, גדוד הפשיטה של החטיבה, עליו פיקד מאיר עמית. הפלוגה שימשה כיחידת הסיור של החטיבה ופעלה במסגרת זו במבצע חורב ובמבצע עובדה.
הפלס"ר השתתפה במספר רב של פעולות, המפורסמת מכולן היא כיבוש הבופור, במלחמת לבנון הראשונה. בפעולה זו נהרג מפקד הסיירת, רס"ן גוני הרניק. היחידה גם פעלה בקרב תל פאחר, במבצע נוקייב, הקרב על החרמון, בו נהרג מפקד היחידה רס"ן שמריהו ויניק, במבצע אנטבה, בפיגוע במשגב עם, מבצע כחול וחום, כיבוש המוקטעה ברמאללה, ובקרבות מפורסמים רבים אחרים. בין לוחמי הפלס"ר היה גם אורי אילן, בן קיבוץ גן שמואל שבשנת 1955 נתפס בשטח סוריה יחד עם מפקד הסיירת מאיר מוזס במהלך מבצע צרצר והתאבד בכלא הסורי. בשנת 1994, בעת פיקודו של זהר דביר על הסיירת, נהג מפקד אחד הצוותים להעניש ולאמן את חייליו באופן שחורג משמעותית מן הפקודות והכללים, אותם קבעו מפקד הסיירת והמח"ט, משה קפלינסקי. הקצין הודח ונשפט, האירוע נודע כמקרה "צוות אחי", על שם מפקד הצוות.
במסגרת ארגון מחדש של חטיבות החי"ר שהוזכר לעיל, הוכפפה גם פלוגת הסיור למפקדת הגדס"ר. טרם השינוי, היה מסלול הפלס"ר ארוך יותר (שנה ושמונה חודשים) וכלל קורס מ"כים ותכנים מורחבים יותר בתחום הניווטים ולוחמת החי"ר. אורך מסלול הלוחם היה שנה וחודשיים, בהם עבר קורס לוט"ר, מו"ס, צניחה, אימוני קרב מגע, ניווטים רבים ולוחמת חי"ר. בסיסה היה מחנה שרגא, ושטח האימונים שלה היה שטח 100 בצפון הארץ בו נערכה טירונות היחידה של חיילי הפלוגה. הפלס"ר שימשה כיחידת ההתערבות של פיקוד הצפון, וקיימה כוננות מתמדת כל השנה, כמענה לאירועי טרור. הפלס"ר התקיים במתכונת זו עד שנת 2018.
פלנ"ט גולני - פלגה ג'.
יחידת הנ"ט (עורב) של החטיבה הוקמה בשנת 1974, על ידי מיקי מוסברג, לאחר מלחמת יום הכיפורים, על ידי לוחמים מהפלוגות המסייעות של כל גדוד. היחידה הייתה בגודל של פלוגה, והוספו לה כיתת סיור וכיתת מרגמות. באמצע שנות ה-70 היחידה פורקה. היא הוקמה מחדש בשנת 1977 והתקיימה במתכונת זו עד שנת 2018.
פלחה"ן גולני - פלגה ב'.
פלוגת החבלה וההנדסה של חטיבת גולני הוקמה בשנת 1965 על ידי ריכוז של 50 חיילים משלושת גדודי החטיבה במסגרת גדוד 601 של הנדסה קרבית. בשנת 1978 הוקמה הפלוגה הסדירה על ידי המח"ט אמיר ראובני, באישור אביגדור בן-גל, סגל הפלוגה הוקם על ידי פיני דגן (ששימש כמ"פ הראשון של הפלוגה) ו-17 לוחמים מקורס מ"כים שנשלחו להכשרה בקורס משק"י חבלה בבית הספר להנדסה צבאית באדורים. היחידה התקיימה במתכונת זו עד שנת 2018.
מפקדי הפלחה"ן.
ליחידה בסיס קבע בצפון מדינת ישראל.
פלחי"ק גולני.
(פלוגה 351) היא פלוגת הקשר והתקשוב של חטיבת גולני. הפלוגה אחראית על הפעלת אמצעי הקשר, התקשוב והשו"ב במפקדת החטיבה ובגדודים. בנוסף הפלוגה אחראית לפריסה והקמת מפקדות וחמ"לי החטיבה, וחפ"ק המח"ט.
הפלוגה מורכבת מ-5 מחלקות מקצועיות (אלחוט, שו"ב, כ"ס, וקצ"ק), ומצוותי לוחמים.
לוחמי הפלחי"ק מבצעים את מסלול הכשרת הלוחם בסיירת גולני. בתקופת השגרה מבצעים פעולות ביטחון שוטף יחד עם סיירת גולני. בחירום ובאימונים משמשים לוחמי הפלחי"ק כקשרי המח"ט ובתוך כך אמונים על אבטחת המח"ט וקציני המטה.
בשנים 1997-1993, צוות לוחמים ייעודי מלוחמי הפלחי"ק, אשר עבר הכשרה מיוחדת בשטח אש 100 על ידי השב"כ צוות ליחידה 504 של חיל המודיעין.
לפלוגה 18 חללים מתוכם שישה נהרגו באסון המסוקים בשאר ישוב ב-1997. מדי שנה נערך "מרוץ השישה" לזכרם. ושניים מחייליה באוקטובר 1995 באסון הנגמ"ש בריחן עם מסייעת 51.
סיירת גולני.
בסתיו 2018, ביצע צה"ל שינוי דרסטי בגדוד הסיור של החטיבה ובפלוגותיו. שם הגדוד שונה מ"גדס"ר גולני" ל"סיירת גולני" וכעת הוא מוגדר כסיירת. הפלס"ר והפלחה"ן הוסבו לשתי פלגות המתמחות בפשיטה, סיור, חבלה, לוחמה בשטח בנוי, לחימה בסבך, לחימה בתוואי תת-קרקע ולוחמה בטרור, ואילו הפלנ"ט שודרגה ביכולותיה להפעלת אמצעים טכנולוגיים ואמצעי לחימה מתקדמים, בנוסף להתמחותה בהפעלת טילים נגד טנקים. בנוסף קיימת פלוגה מסייעת המורכבת ממחלקת מרגמות ומחלקת פינוי במילואים.
בא"ח גולני.
בא"ח (בסיס אימון חטיבתי) גולני הוא בסיס ההדרכה, ההכשרה והאימונים של חטיבת גולני, והוא משמש להכשרת טירונים באימון בסיסי ואימון מתקדם.
בסיס האימונים הראשון של החטיבה היה באזור יבנאל, שם קמה לראשונה מפקדת החטיבה בתש"ח. בשנת 1950 עבר הבסיס למחנה בן עמי, הקרוי על שמו של בן עמי פכטר שנהרג בשיירת יחיעם. בשנת 1969 עבר הבסיס למחנה שרגא, הקרוי על שמו של , שנפל בקרב מול כוחות הצבא העיראקי בעמק הירדן. רס"ר מחנה שרגא היה יום טוב חזן, לימים סמח"ט ב' בחטיבה ובהמשך מנהל מוזיאון גולני.
בשנת 1975 עבר בסיס האימונים למחנה "בזק" (בין א-זבאבדה לקבטיה ליד העיר ג'נין) שהיה בסיס ירדני עד למלחמת ששת הימים, ונקרא על שמו של משה (מוסה) קליין. בזק שימש בסיס לטירונות בסיסית עד נובמבר 2000, ופונה בשנת 2005 במסגרת תוכנית ההתנתקות בשומרון. בשנת 2000 עבר הבסיס למחנה פלס (בעבר: "פלס גולני") הקרוי על שמו של משה פלס (סטמפל) שנהרג במרדף אחר מחבלים בעמק הירדן.
בשנת 2004 עבר בסיס האימונים לרגבים. הבסיס ובא"ח צנחנים נבנו לפי מודל זהה, בעיצובו של האדריכל שמואל שילה, וידוע בתנאיו הטובים, דבר שהביא לכינויו לעיתים – 'לונה בא"ח'. העיצוב לקח בחשבון את מרכיבי האימונים ואת צורכי החייל עצמו. הבסיס נבנה על פי מודל אמריקאי כחלק מפרויקט שמימנה ארצות הברית, עקב הסכם ואי, במסגרתו התחייב צה"ל להעתיק בסיסים מהשטחים ולהקימם בתחומי הקו הירוק.
בשנת 2017 החל הבא"ח להפעיל את "קורס אלון" המכשיר סמלים ומפקדי כיתות בתפעול מקצועי של הנמ"ר, עם דגש על מקצועות המפקד, הנהג והקטלן (מפעיל עמדת המקלע קטלנית).
גדוד יחס"מ דרור.
בשנת 2018 קלטה חטיבת גולני את גדוד יחס"מ דרור. היחס"מ שמונה מאות אנשים ממונה על פינוי נפגעים והובלת מבצעים לוגיסטים. טכנולוגיה, אחזקה, אספקה ורפואה ונותן לחטיבה עומק לוגיסטי.
גדוד חה"ן מיל' (7086) אלון.
בחודש אוגוסט 2020 קלטה חטיבת גולני גדוד הנדסה קרבית הכולל 6 פלוגות ופלוגת סיור. הגדוד קיבל את השם גדחה"ן אלון על השם הגדוד הראשון של חטיבת גולני במלחמת העצמאות.
גדוד 17 (אריות הגולן).
גדוד 17 הוקם במאי 1967, בתקופת ההמתנה לפני מלחמת ששת הימים, משה יוסף מונה למפקדו. עד להקמת הגדוד הוכשרו מפקדי הכיתות בפלוגת המ"כים בחטיבה.
בשנת 1974, כחלק מלקחי מלחמת יום הכיפורים, הוקמה חטיבת ביסלמ"ח, בית הספר למ"כים, תחת פיקודו של אל"ם יעקב חסדאי, כדי לאגד את גדודי הכשרת מפקדי הכיתות, אשר השתייכו לכל אחת מחטיבות החי"ר הקיימות, תחת מסגרת תורתית ופיקודית אחודה. החטיבה כללה את גדוד 17, יחד עם גדוד 906 (שועלי הנגב) שהועבר מהנח"ל וגדוד 450 (האריה המעופף) שהועבר מחטיבת הצנחנים.
גדוד 21.
גדוד 21 הוקם ב-25 בדצמבר 1947 כגדוד ג' של חטיבת "לבנוני", והיה אחד מהגדודים הסדירים הראשונים של ארגון ההגנה. למפקד הגדוד הראשון מונה בן עמי פכטר ולסגנו מונה צבי בן ארי. בשלהי פברואר 1948, עם הקמת חטיבת כרמלי היה לגדוד הראשון שלה. במלחמת העצמאות תרם רבות לקרבות ההכרעה בצפון הארץ.
בתום המלחמה ועם היערכות צה"ל מחדש, החל מספטמבר 1949, הוצב הגדוד תחת פיקוד חטיבת גולני, והשתתף בפעולות הביטחון השוטף בצפון. בינואר 1955 פורק הגדוד במסגרת סגירת יחידות ומפקדות. ביוני 1989, ביוזמתו של אלוף (במיל') אהרון יריב שונה מספר גדוד 8206 של חטיבה 228 לגדוד 21.
אמצעי לחימה.
חטיבת גולני מצוידת כיום באמצעי הלחימה הסטנדרטיים של חיל הרגלים הישראלי ובנוסף גם בנגמ"שי "נמ"ר", הנחשב אחד מהכלים הממוגנים ביותר שבשימוש צה"ל.