2006年，沈阳举办世界园艺博览会，成为中国第二座举办世园会的城市。2008年，沈阳市作为北京奥运会的协办城市协办了足球项目部分赛事。2010年，由中共辽宁省委原书记的李克强提出的沈阳经济区成立，以沈阳为中心带动鞍山、抚顺、本溪、营口、阜新、辽阳、铁岭周边八个城市的经济。次年9月，国务院正式批复沈阳经济区为国家综合配套改革试验区，也是唯一以“新型工业化”为主题的综合配套改革试验区，标志着沈阳经济区建设上升为国家战略。在2012年6月26日发布的《沈阳市城市总体规划 （2011-2020年）》中，沈阳市人民政府提出了由辽宁区域中心城市提升为立足渤海、服务全国、面向世界的国家中心城市十年发展目标。2012年7月至8月，沈阳发生大规模的“罢市事件”，引起国内外舆论关注。2013年，沈阳作为主赛区，主办了全国第十二届运动会。2015年1月31日，中华人民共和国最高人民法院第二巡回法庭在沈阳挂牌成立，沈阳也成为中国巡回法庭制度首批试点的地方。2016年，沈阳市裁撤辽中县，改设辽中区。2018年2月25日晚，在平昌冬奥会闭幕式上，作为北京2022年冬奥会向全世界发出的“邀请函”，由张艺谋执导，沈阳新松出产的移动机器人和舞蹈演员表演的“北京8分钟表演”，再次引起世界级反响。