Вхождение в состав Трубной Металлургической Компании (ТМК) в 2002 году стало для предприятия началом следующего, качественно нового этапа развития его производственных мощностей. В 2005 году у ВТЗ — уже более 30 иностранных партнеров в различных странах мира, в том числе национальные компании Индии, Ирана и Сирии, а также крупнейшие транснациональные корпорации, такие как AGIP, Exxon, Chevron. Осуществляются поставки нефтегазопроводных труб большого диаметра в страны СНГ (Узбекистан, Казахстан).
К 2015 году ТМК завершила одну из самых масштабных инвестиционных программ по модернизации производства: общий объем инвестиций составил около 4 млрд долларов США. В результате компания стала обладателем самых больших в мире мощностей по производству труб, новейшего оборудования и современных технологий.
На ВТЗ в рамках этой программы прошла крупномасштабная модернизация оборудования, в первую очередь, основных производственных цехов. В частности, был построен новый комплекс по производству прямошовных труб большого диаметра, который «вдохнул» в ТЭСЦ новую жизнь. Новейшее оборудование и технологии значительно укрепили и без того сильные позиции ВТЗ как на внутреннем, так и на внешнем рынках.