2004年更名为神经内、外科暨神经医学中心，分为神经四个病区，拥有病床160张，其中包括神经科急危重症病人监护室，NICU）/亚低温治疗中心病床12张，特护及神经干细胞移植病房病床28张，普通神经内、外科房病病床30张。为了适应该学科的发展和更好的为广大患者服务，在2005年5月，神经医学中心进一步扩大和充实后正式成立脑系科（医院）中心。并展开180张床位：下设神经ICU和亚低温治疗中心（30张病床）；颅脑创伤救治中心（50张病床）；脑血管病和脑脊髓肿瘤治疗中心（50张病床）；神经疾病和神经干细胞治疗中心（50张病床）；2008年11月再建微创、癫痫和帕金森病诊疗中心（45张病床）及颅底、脊髓神经外科（40张病床），至此，脑系科（医院）中心病床数达到265张。

脑系科医院神经内、外科室内各位专家及医、护、技人员集体合作，认真仔细为病人服务，但又有所侧重。目前，该院对重型颅脑创伤病人的救治水平，属国内领先、国际先进水平。在学科带头人直接主持和领导下，能够按照当今公认的急重型颅脑创伤救治规范，对这类病人实施急诊阶段的A.B.C急救，正确有效的标准大骨瓣减压手术、亚低温治疗、巴比妥昏迷治疗、适当的过度换气治疗以及根据颅内压（ICP）和脑灌注压（CPP）监测结果采取必要和有效的治疗手段。其整体治疗水平赢得国内、外同行认可和推崇，治疗方法和结果多次在国内、外学术会议上交流和推广，成果多次获得天津市卫生局、天津市政府、国家卫生部和国家级科技进步奖。最近该院在颅脑创伤病人和脑血管病患者的院前转运及救治方面与有关部门通力合作，在国内率先启动生命新干线—发病随时遥控拉警报系统。

针对脑血管病高发的特点，对急性脑血管病患者引进并实施了“卒中单元”的理念和方法，使每一位到院的脑血管病患者能够得到及时、有效的治疗，效果显著，其中包括无创的核磁共振血管造影技术，快速简明的血管内介入动脉溶栓、血管成形、支架置入及颈内动脉内膜剥脱等技术，从而真正使急性、亚急性脑缺血患者得到预防性治疗；脑血管病（动脉瘤、动静脉畸形等）患者的治疗达到了国际先进水平。