После выхода из кризиса началась разработка масштабной инвестиционной программы, направленной на модернизацию производств и усиление конкурентоспособности продукции предприятия. К 2003 году заводы сумели выйти на уровень начала 90-х. Предприятие стало вторым по значимости производителем синтетического каучука в России.
К 2013 году мощность производства бутилкаучука удалось нарастить до 53 тыс. тонн в год, а в 2015-м поставить новый рекорд — 65 тыс. тонн в год. В мае 2010 года состоялся пуск третьей линии выделения изопренового каучука мощностью 4 т/час и была получена 11-миллионная тонна синтетического каучука. Масштабный проект модернизации на производстве изопрена был запущен в 2014 году и действовал до 2018 года. За это время было обновлено 130 единиц оборудования.
В марте 2018 года «СИБУРТольятти» (так предприятие стало именоваться с 2016 года) заявил о расширении ассортимента синтетического каучука. Сополимерный каучук был выпущен на действующих производственных линиях.