Năm 2008 đánh dấu một bước ngoặt lớn khi tỉnh Hà Tây sáp nhập vào Hà Nội, và bệnh viện được đổi tên thành Bệnh viện Đa khoa Huyện Phú Xuyên theo Quyết định số 1370/QĐ-UBND của UBND thành phố Hà Nội. Sự chuyển đổi này không chỉ thay đổi về mặt hành chính mà còn mở ra nhiều cơ hội phát triển mới cho bệnh viện. Kể từ đó, bệnh viện chính thức trở thành một đơn vị y tế trực thuộc Sở Y tế Hà Nội, với nhiệm vụ trọng tâm là nâng cao chất lượng dịch vụ y tế, phục vụ tốt nhất cho cộng đồng.

Trong giai đoạn này, Bệnh viện Đa khoa Huyện Phú Xuyên đã tiến hành nhiều dự án nâng cấp cơ sở hạ tầng, đầu tư trang thiết bị y tế hiện đại và mở rộng các dịch vụ y tế chuyên khoa. Đặc biệt, đội ngũ y bác sĩ của bệnh viện được chú trọng đào tạo, nâng cao trình độ chuyên môn để đáp ứng tốt hơn nhu cầu khám chữa bệnh ngày càng tăng của người dân.