As mudanças no setor petróleo provocam grandes reformulações na Petrobras.

Com todos os segmentos do setor abertos à competição, a empresa deixou de ser a única executora do monopólio do petróleo da União, embora continue a ter o Estado como acionista majoritário e permaneça vinculada ao Ministério de Minas e Energia. A concorrência impõe o início da atuação em novos negócios, o estabelecimento de parcerias com empresas privadas nacionais e internacionais e uma presença mais efetiva no exterior. A empresa busca o crescimento no mercado brasileiro de petróleo e derivados, com o maior retorno possível aos seus acionistas, preparando-se para tornar-se uma corporação internacional de energia, líder na América Latina.. E dentro dessas grandes linhas, as metas a cumprir são as de alcançar a mesma excelência conseguida nas tecnologias de prospecção em ambientes complexos, sobretudo em águas profundas, em todos os segmentos do setor petróleo - seja na distribuição, no refino, nas atividades internacionais e, sobretudo, nas questões ambientais.

Os primeiros anos da década são também marcados pela forte atuação da Petrobras no sentido de aprimorar suas relações com a sociedade. É a empresa-cidadã, interessada em cumprir profundamente o compromisso da responsabilidade social. Além de exercer as atividades-fim de produzir, refinar, transportar, distribuir e comercializar o petróleo e o gás em condições máximas de eficiência e segurança, a Petrobras passou a se destacar como a empresa que mais investe no Brasil em projetos sociais, culturais, artísticos e de educação ambiental. A mais ambiciosa iniciativa da empresa neste campo é o Programa Petrobras Social, que investe em projetos que resultem em ações transformadoras, alterando o meio onde são aplicados. O programa representa a consolidação dos 50 anos de atuação socialmente responsável da Petrobras.

Alguns destaques dos anos 2000:

• Petrobras passa a participar de projetos de geração termelétrica, tendo o gás natural como combustível;
• Petrobras alcança lucro de US$ 5,3 bilhões, o maior de toda a história da empresa (2000);
• É iniciado o Programa de Excelência em Gerência Ambiental e Segurança Operacional - Pegaso, mais amplo, ambicioso e ousado projeto de política ambiental de toda a história da indústria no Brasil (2000);
• Petrobras recebe, pela segunda vez, o prêmio de maior destaque no cenário internacional da indústria do petróleo, o OTC - Offshore Technology Conference, graças ao projeto de desenvolvimento do campo de Roncador (2001);
• É atingido novo recorde na produção de óleo: 1,568 milhão de barris/dia, em 27/12/2001;
• Acidente com a plataforma Petrobras 36, na Bacia de Campos, provoca seu naufrágio e a morte de 11 empregados, num dos mais graves acidentes da história da empresa (2001);
• Petrobras se torna a maior exportadora brasileira (2002);
• Petrobras adquire o controle das empresas argentinas Petrolera Santa Fé e Perez Companc (2002).