После смерти академика А.А. Борисяка в феврале 1944 г. до 1966 г. институтом руководил академик Ю.А. Орлов, крупнейший специалист по ископаемым позвоночным, создатель отечественной палеоневрологии (рис. 2). На этом этапе главным делом его жизни стало активное продвижение проекта нового Палеонтологического музея. Правительственное решение о его строительстве было принято в 1966 г. – в год кончины Юрия Александровича. Ныне музей по праву носит его имя.
В первые послевоенные десятилетия Палеонтологический институт проводил беспрецедентно масштабные экспедиционные работы по раскопкам крупных позвоночных в Монголии (1946–1949), Китае (1959–1960), Молдавии, Предкавказье, Казахстане, Средней Азии и Приуралье. Исключительно важные научные результаты дали палеоэкологические исследования палеогена Ферганы и карбона Московского региона. Были собраны богатейшие коллекции ископаемых различного возраста из многих районов СССР. Эти коллекций создали базу для множества будущих исследований. Несмотря на известные трудности, институт и сегодня продолжает активные экспедиционные работы в разных регионах России, ближнего и дальнего зарубежья.
Высочайший профессиональный уровень сотрудников института позволил Ю.А. Орлову во главе большого коллектива палеонтологов из различных учреждений СССР приступить в 1953 г. к созданию многотомного справочника «Основы палеонтологии». За семь лет (1958–1964) вышли 15 томов по основным группам ископаемых организмов. В 1967 г. главные редакторы «Основ палеонтологии» – Ю.А. Орлов, Б.П. Марковский, Б.С. Соколов и В.Е. Руженцев – были удостоены за этот труд Ленинской премии. Кроме того, специалисты Палеонтологического института принимали и принимают участие в создании практически всех международных справочных изданий по палеонтологии. Сегодня традиции «Основ палеонтологии» продолжаются многотомными сериями фундаментальных монографических изданий «Палеонтология Монголии» и «Ископаемые позвоночные России и сопредельных стран».
С 1966 по 1975 гг. институтом руководил Н.Н. Крамаренко (рис. 3), с 1975 по 1992 гг. – академик Л.П. Татаринов (рис. 4), с 1992 г. по май 2011 г. – академик А.Ю. Розанов (рис. 5). В настоящее время институт возглавляет член-корреспондент РАН С.В. Рожнов (рис. 6).
В 1969 г. начала работу Совместная советско-монгольская палеонтологическая экспедиция – крупнейшая в истории палеонтологических исследований. Ежегодно в ней принимали участие до 80 монгольских и советских специалистов. Благодаря этой экспедиции в Монголии была создана национальная палеонтологическая школа во главе с академиком Р. Барсболдом и Монголия стала самой изученной в палеонтологическом отношении страной Азии.
К 1970-м гг. Палеонтологический институт на мировом уровне провел изучение наиболее важных групп ископаемых в своей «зоне ответственности» – на всей территории Советского Союза. В дополнение к этому было опубликовано множество работ по палеонтологии Монголии, Ирана, Польши, Канады, США, Австралии и других стран. По многим направлениям институт стал несомненным мировым лидером, например, организовав лабораторию палеоэнтомологии (почти 40 лет ею руководил профессор Б.Б. Родендорф, основатель московской школы палеоэнтомологов), которая уже многие десятилетия является мировым флагманом исследований ископаемых насекомых и других членистоногих. Профессор Р.Ф. Геккер стал общепризнанным основателем палеоэкологии. Профессор И.А. Ефремов основал новое направление в палеонтологии – тафономию, науку о закономерностях захоронения ископаемых остатков организмов.
Сложились признанные во всем мире научные школы по изучению групп ископаемых организмов, наиболее важных для биостратиграфии и исследования эволюционных процессов: археоциат (А.Г. Вологдин, А.Ю. Розанов), головоногих (В.Е. Руженцев, В.Н. Шиманский), мшанок (М.И. Шульга-Нестеренко, Г.Г. Астрова, И.П. Морозова), брахиопод (Е.А. Иванова,Т.Г. Сарычева, Г.А. Афанасьева), рыб и рыбообразных (Д.В. Обручев), наземных позвоночных (Ю.А. Орлов, И.А. Ефремов, Л.П. Татаринов, К.К. Флёров, В.И. Громова).
