ปี 2551 สถาบันสุขภาพเด็กแห่งชาติมหาราชินี มีการกำหนดวิสัยทัศน์ “ศูนย์กลางการดูแลรักษาสุขภาพเด็กระดับสากล ภายในปี 2559” ซึ่งได้มีการจัดทำแผนยุทธศาสตร์ของสถาบันสุขภาพเด็กแห่งชาติมหาราชินี และมีเป้าประสงค์หลัก 5 ด้าน โดย 1 ใน 5 ด้านนั้น คือ

ความเป็นเลิศทางคลินิก จึงได้มีการจัดตั้งศูนย์ความเป็นเลิศ 4 ศูนย์ ได้แก่

1. ศูนย์ความเป็นเลิศด้านไข้เลือดออก (ศูนย์ความเป็นเลิศโรคติดเชื้อในเด็ก)
2. ศูนย์ความเป็นเลิศด้านทารกแรกเกิด
3. ศูนย์ความเป็นเลิศด้านโรคหัวใจเด็ก
4. ศูนย์ความเป็นเลิศด้านศัลยกรรมทารกแรกเกิด

นอกจากนี้ยังได้ริเริ่มการจัดตั้งศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษอีก 9 ศูนย์ ได้แก่

1. ศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษพัฒนาการและพฤติกรรมเด็ก (ศูนย์ความเป็นเลิศเฉพาะทางด้านพัฒนาการและพฤติกรรมเด็ก)
2. ศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษสาหรับเด็กบกพร่องทางการเคลื่อนไหว
3. ศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษการพยาบาลนมแม่ในเด็กป่วย
4. ศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษข้อมูลทารกพิการแต่กำเนิด
5. ศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษโสต ศอ นาสิก
6. ศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษรังสีวิทยา
7. ศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษด้านโรคอุบัติใหม่ (ศูนย์ความเป็นเลิศโรคติดเชื้อในเด็ก)
8. ศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษด้านจักษุวิทยาเด็ก
9. ศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษโรคสมองและระบบประสาทในเด็ก

                จนถึงปี 2563 ได้มีการยกระดับ ศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษพัฒนาการฯ เป็นศูนย์ความเป็นเลิศด้านพัฒนาการและพฤติกรรมเด็ก เนื่องจากมีผลการดำเนินงานครอบคลุม 7 องค์ประกอบ และในปี 2564 มีการจัดตั้ง พฤติกรรมเด็กทันตกรรมเด็กโรคยุ่งยากซับซ้อนปากแหว่งเพดานโหว่ขึ้น และต่อมาปี 2566 ได้ควบรวม COE ไข้เลือดออก และ COSE โรคอุบัติใหม่อุบัติซ้ำ ดำเนินกันร่วมกันในบทบาทของ COE โรคติดเชื้อในเด็ก

ปัจจุบันสถาบันสุขภาพเด็กแห่งชาติมหาราชินี ในฐานะศูนย์ความเป็นเลิศทางการแพทย์ด้านโรคเด็ก ของกรมการแพทย์ กระทรวงสาธารณสุข ประกอบด้วย

• • ศูนย์ความเป็นเลิศเฉพาะทาง (Center of Excellent; COE) จำนวน 5 ศูนย์ 
  • ศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษ (Center of Special Expertise; COSE) จำนวน 8 ศูนย์

โดยศูนย์ความเป็นเลิศเฉพาะทาง และศูนย์เชี่ยวชาญพิเศษ มีเป้าหมายการดำเนินงานเพื่อลดอัตราการเสียชีวิต และเพิ่มคุณภาพชีวิตเด็ก และมีแผนผังการให้บริการดูแลสุขภาพเฉพาะโรคร่วมกันในแต่ละ COE, COSE เฉพาะด้านอย่างครอบคลุม