En 2003, el Estadio Nacional se declaró Monumento Nacional, categoría que permitió su conservación como patrimonio arquitectónico y cultural. En tanto, en 2008 la denominación del recinto cambió a Estadio Nacional Julio Martínez Prádanos, en nombre del destacado periodista deportivo fallecido ese mismo año. Durante el año 2009, bajo la presidencia de Michelle Bachelet, comenzó una remodelación inserta en la Red de Estadios Bicentenario. Esta obra incluyó -entre otros aspectos- una nueva cancha de pasto y una pista de rekortán en torno a esta, al igual que un tablero electrónico, y la renovación total de las butacas. Inicialmente contempló techar el recinto, trabajo no realizado por las urgencias del terremoto de 2010.

La remodelación no estuvo libre de polémicas. La principal crítica provino del arquitecto Gonzalo Mardones -vinculado al presidente Sebastián Piñera-, autor en 2008 de un proyecto de remodelación que contemplaba un parque olímpico de 64 hectáreas, pero que no fue considerado por el gobierno de Bachelet. Las críticas del profesional se centraron en las respuestas arquitectónicas que el proyecto de remodelación estableció en relación a las indicaciones de diseño de la FIFA. Además, Mardones apuntó en esa ocasión que el proyecto no resolvía los desafíos propios de los estadios de nueva generación (revisar los puntos que criticaba Mardones).

A pesar de las controversias, el Estadio Nacional fue reinaugurado el 12 de septiembre de 2010. Poco después concluyeron las obras de restauración del "Discóbolo", la estatua que popularmente se conoce como "El Pilucho" del Estadio Nacional.